JP2013215342A - Water amount detection device, vital sign detection device, and environment control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体における生理情報、すなわちバイタルサイン検出方法にかかるものであり、その中でも特に、被検出生体(以下「生体」とする)に生理的影響を与えることなく、生体水分量の検出を行う技術に関する。 The present invention relates to a physiological information in a living body, that is, a vital sign detection method, and in particular, the detection of a biological water amount without affecting physiologically a living body to be detected (hereinafter referred to as “living body”). It relates to the technology to be performed.
バイタルサインとは、狭義には医療用語として生命兆候を意味し、呼吸、脈拍、瞳孔収縮、血圧、体温等の生死を確認するための情報を指す。また、広義には生体情報として生体の生理状態を反映する情報全般を意味する。本発明においてバイタルサインとは、広義のバイタルサインの意味で用いている。 The vital sign means a vital sign as a medical term in a narrow sense, and refers to information for confirming life and death such as breathing, pulse, pupil contraction, blood pressure, body temperature and the like. In a broad sense, it means all information reflecting the physiological state of a living body as biological information. In the present invention, vital signs are used in the broad sense of vital signs.
バイタルサインの中でも特に、汗や血、尿といった、生体の発する、または含んでいる水分（以下、単に「生体水分」とする）の量は、生体の感じている興奮度、緊張度、快不快感、または生体の健康状態などの測定に応用することができる。 Among vital signs, in particular, the amount of moisture generated or contained by a living body, such as sweat, blood, and urine (hereinafter simply referred to as “biological moisture”) is the degree of excitement, tension, and unpleasantness that the living body feels. The present invention can be applied to measurement of pleasure or the health condition of a living body.
例えば下掲の[特許文献１]には、遊戯者の興奮度を検知してゲーム進行の条件とするゲーム装置に関し、例えばゲーム装置の左右のハンドルに電極を取付け、両ハンドル間の電気抵抗を計ることによって、遊戯者の発汗状態を調べる技術が開示されている。 For example, [Patent Document 1] listed below relates to a game device that detects the degree of excitement of a player and sets the game progress condition. For example, electrodes are attached to the left and right handles of the game device, and the electric resistance between the handles is set. A technique for examining a player's sweating state by measuring is disclosed.
また、[特許文献２]には、生体情報に応じて効果的なマッサージを施すことのできるマッサージ機に関し、指を挿入する指レスト部に電極を設け、皮膚の電気抵抗を測定することによって発汗量の情報を取得する技術が開示されている。 [Patent Document 2] relates to a massage machine capable of performing an effective massage according to biological information, and is provided with electrodes on a finger rest portion for inserting a finger, and sweating by measuring the electrical resistance of the skin. Techniques for obtaining quantity information are disclosed.
しかしながら、電極を用いた従来のバイタルサイン検出手法では、被験者が電極に接触するために緊張感を覚えたり、あるいは電極の存在そのものによって、被験者が緊張感を覚えるなどの影響を受けることを免れないため、自然な状態での計測が不可能であるという問題があった。以下、具体的に述べる。 However, in the conventional vital sign detection method using an electrode, the subject feels a sense of tension because of the contact with the electrode, or the subject feels a sense of tension due to the presence of the electrode itself. Therefore, there is a problem that measurement in a natural state is impossible. The details will be described below.
上記特許文献１に開示された構成では、発汗状態を検出するためには、ハンドルを握るという行為が必要となり、これによりユーザの姿勢が束縛されてしまう。こういった束縛はユーザに不自然さを感じさせ、この不自然さがユーザを緊張させてしまう。
In the configuration disclosed in
また、上記特許文献２に開示された構成では、予め形状の固定された機器に指を正しく配するという作業が必要となるので、計測されているという意識をユーザが強く持つこととなる。
Further, in the configuration disclosed in
さらに、ユーザの皮膚に接触する電極はその性質上金属であることが求められるため、熱伝導率の高さに起因する冷たさ、硬さに起因する握りにくさ、あるいは触り心地の悪さをユーザが感じることは避けられなかった。 Furthermore, since the electrode that contacts the user's skin is required to be a metal in nature, the coldness due to the high thermal conductivity, the difficulty of gripping due to the hardness, or the poor touch feeling is felt by the user. I couldn't avoid it.
これらのユーザの心理状態に対する影響により、交感神経が活発になり、発汗が促される。すなわち、電極に人体を配すること自体が計測の精度を悪化させてしまう。また、視覚情報、すなわち計測機器の存在を目にするだけで上記の緊張を覚えるという被験者もいる。この場合には、そもそも計測機器または計測用の電極の存在自体が計測精度を下げるというジレンマがあった。 Due to the influence on the psychological state of these users, sympathetic nerves become active and sweating is promoted. That is, placing the human body on the electrode itself deteriorates the measurement accuracy. There are also subjects who feel the tension just by seeing visual information, that is, the presence of a measuring device. In this case, there was a dilemma in the first place that the presence of the measuring device or measuring electrode itself lowered the measurement accuracy.
このように、従来技術では、ユーザが計測機器の存在を意識していない自然な状態で、生体水分量を検出することは不可能であった。 As described above, in the conventional technique, it is impossible to detect the biological water content in a natural state in which the user is not aware of the presence of the measuring device.
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その主たる目的は、ユーザにできるだけ不自然さを感じさせることのないように、少なくとも非接触にて生体水分量を検出する装置を提供し、更にこれを利用したバイタルサイン検出装置および環境制御機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its main purpose is to provide an apparatus for detecting a biological water content at least in a non-contact manner so as not to make the user feel as unnatural as possible. Furthermore, it is providing the vital sign detection apparatus and environmental control apparatus using this.
上記の課題を解決するために、本発明に係る水分量検出装置は、
（１）生体の水分量を検出する対象としての含水部に電磁波を照射する電磁波源と、
（２）上記含水部において反射された電磁波の戻り量を検出するセンサと、
（３）上記センサが検出した上記戻り量と上記含水部に含まれる水分量との対応関係を格納した記憶部と、
（４）上記センサにより検出された戻り量を、上記対応関係を用いて演算し、水分量に変換する演算部とを備えていることを特徴としている。
In order to solve the above-described problem, a water content detection device according to the present invention includes:
(1) an electromagnetic wave source for irradiating a water-containing part as an object for detecting a moisture content of a living body with an electromagnetic wave;
(2) a sensor for detecting a return amount of the electromagnetic wave reflected by the water-containing portion,
(3) a storage unit that stores a correspondence relationship between the return amount detected by the sensor and the amount of water contained in the water-containing unit;
(4) A return unit detected by the sensor is calculated using the correspondence relationship, and is provided with a calculation unit that converts it into a moisture content.
上記構成において、含水部には、生体の細胞組織自体、あるいは生体が接触したことにより、生体から水分が付着または浸透した生体外の物体の一部が含まれる。 In the above-described configuration, the water-containing part includes a part of a living body tissue or a part of an in-vivo object to which moisture has adhered or penetrated due to contact with the living body.
上記の構成によれば、含水部に電磁波を照射し、含水部で反射された電磁波の戻り量に基づいて、生体の水分量を求めることができる。 According to said structure, the moisture content of a biological body can be calculated | required based on the return amount of the electromagnetic waves which irradiated the electromagnetic wave to the water containing part and was reflected by the water containing part.
したがって、含水部が生体の細胞組織自体であったとしても、生体に対し、非接触で水分量を検出することができる。これにより、例えば、生体が被験者としての人間である場合、被験者は、水分量検出装置と接触することに伴う緊張を回避できる。 Therefore, even if the water-containing part is a living cell tissue itself, the water content can be detected in a non-contact manner with respect to the living body. Thereby, for example, when the living body is a human being as a subject, the subject can avoid tension associated with contact with the moisture amount detection device.
また、含水部が生体から水分が付着または浸透した生体外の物体の一部である場合、その物体によって、水分量検出装置が隠れる構成を採用しやすくなる。したがって、例えば、生体が被験者としての人間である場合、水分量検出装置と接触することに伴う緊張を回避できる上に、被験者が水分量検出装置を視認することに伴う緊張をも回避しやすくなる。 In addition, when the water-containing part is a part of an object outside the living body in which moisture adheres or penetrates from the living body, it is easy to adopt a configuration in which the moisture amount detection device is hidden by the object. Therefore, for example, when the living body is a human being as a subject, it is possible to avoid tension associated with contact with the moisture amount detection device, and also to avoid tension associated with the subject visually recognizing the moisture amount detection device. .
含水部が生体から水分が付着または浸透した生体外の物体の一部である場合、さらに、本発明に係る水分量検出装置の電磁波源とセンサとは、生体から水分が付着または浸透した含水部に上記電磁波を照射し、上記含水部に反射された電磁波の戻り量を検出することができればよく、生体の姿勢や動作については何ら条件を必要としない。 In the case where the water-containing part is a part of an in-vitro object to which moisture has adhered or penetrated from a living body, the electromagnetic wave source and the sensor of the moisture amount detection device according to the present invention further include a water-containing part to which moisture has adhered or penetrated from the living body It is only necessary to detect the return amount of the electromagnetic wave reflected by the water-containing part by irradiating the electromagnetic wave, and no condition is required for the posture and operation of the living body.
従って、本発明に係る水分量検出装置は、生体の水分量を、非接触にて、上記生体に意識されることなく、上記生体に特別な姿勢や動作を強いることなく、検出することができる。 Therefore, the water content detection device according to the present invention can detect the water content of the living body without contact with the living body without being conscious of the living body and without forcing the living body to have a special posture or action. .
本発明に係る水分量検出装置は、上記電磁波源およびセンサが、０．１ＴＨｚ以上１２０ＴＨｚ以下の周波数の電磁波を放出および受光することを特徴としている。 The moisture content detection apparatus according to the present invention is characterized in that the electromagnetic wave source and the sensor emit and receive an electromagnetic wave having a frequency of 0.1 THz to 120 THz.
上記範囲の周波数の電磁波（いわゆるテラヘルツ光）を用いることによって、生体に対し安全で、かつ水分量検出精度の高い検出装置が可能となる。 By using electromagnetic waves having a frequency in the above range (so-called terahertz light), a detection device that is safe for a living body and has high water content detection accuracy can be realized.
上記範囲の周波数の電磁波は、直進性が高く、かつ水の吸収係数が高い。例えば、０．１ＴＨｚの周波数の電磁波は、水の吸収係数が１０２ｃｍ−１以上であり、ノイズが発生しても水分量を検出することが可能である。 An electromagnetic wave having a frequency in the above range has high straightness and a high water absorption coefficient. For example, an electromagnetic wave having a frequency of 0.1 THz has a water absorption coefficient of 10 2 cm −1 or more and can detect the amount of water even if noise is generated.
ここで吸収係数とは、電磁波がある媒質に入射したとき、その媒質がどれくらいの電磁波を吸収するのかを示す定数である。例えば、吸収係数が１０２ｃｍ−１であるということは、電磁波は水中を１／１０２ｃｍ（＝０．１ｍｍ）進む間に、その電磁波の強度は１０分の１に減少するということである。 Here, the absorption coefficient is a constant indicating how much electromagnetic wave the medium absorbs when the electromagnetic wave is incident on the medium. For example, an absorption coefficient of 10 2 cm −1 means that the electromagnetic wave intensity decreases to 1/10 while the electromagnetic wave travels through 1/10 2 cm (= 0.1 mm) in water. is there.
また一般に電磁波は、周波数が高くなるにつれ、水の吸収係数が高くなる。 In general, electromagnetic waves have a higher water absorption coefficient as the frequency increases.
従って、上記範囲の周波数の電磁波は、上記範囲よりも小さな周波数の電磁波に比べ、水によって吸収される割合が大きく、つまり水分量検出精度が高い。例えば、０．１ＴＨｚの未満の周波数の電磁波は、水の吸収係数が１０２ｃｍ−１より減少し、水分量検出精度が低下する虞がある。 Therefore, electromagnetic waves having a frequency in the above range have a higher rate of absorption by water than electromagnetic waves having a frequency lower than the above range, that is, the moisture content detection accuracy is high. For example, an electromagnetic wave having a frequency of less than 0.1 THz has a water absorption coefficient that is less than 10 2 cm −1 , and the moisture content detection accuracy may be reduced.
他方で、上記範囲よりも大きな周波数の電磁波は吸収係数が１０２ｃｍ−１より小さく、水分量検出精度は高い。しかし、周波数が１２０ＴＨｚを超える電磁波、特に短波長の紫外線である１．６ＰＨｚを超える領域の電磁波は、生体への影響が大きくなる可能性が高い。このため、生体の水分量検出には、周波数が１２０ＴＨｚ以下の電磁波が適している。 On the other hand, an electromagnetic wave having a frequency larger than the above range has an absorption coefficient smaller than 10 2 cm −1 and high moisture content detection accuracy. However, an electromagnetic wave having a frequency exceeding 120 THz, in particular, an electromagnetic wave in a region exceeding 1.6 PHz which is an ultraviolet ray having a short wavelength is highly likely to have a great influence on a living body. For this reason, electromagnetic waves having a frequency of 120 THz or less are suitable for detecting the amount of water in a living body.
本発明に係る水分量検出装置は、上記電磁波源およびセンサが、０．１ＴＨｚ以上２．５ＴＨｚ以下の周波数の電磁波を放出および受光することを特徴としている。 The moisture amount detection apparatus according to the present invention is characterized in that the electromagnetic wave source and the sensor emit and receive an electromagnetic wave having a frequency of 0.1 THz to 2.5 THz.
上記範囲の周波数の電磁波は熱輻射の影響を受けにくいため、車中など高温下に置かれることが想定される用途に適した水分量検出装置を提供することが可能となる。 Since electromagnetic waves having a frequency in the above-mentioned range are not easily affected by heat radiation, it is possible to provide a moisture amount detection device suitable for applications that are assumed to be placed in a high temperature such as in a car.
一般的に、熱輻射により放射される電磁波の強度は特定の波長でピークとなり、その特定の波長以外では、特定の波長から遠ざかるに従い単調に減少する。この特定の波長をピーク波長と呼ぶことにすると、熱輻射のピーク波長は温度により変化する。例えば室温程度におけるピーク波長が約１０μｍであり、８０℃におけるピーク波長が約８μｍである。 In general, the intensity of electromagnetic waves radiated by thermal radiation reaches a peak at a specific wavelength, and decreases monotonously with increasing distance from the specific wavelength except for the specific wavelength. If this specific wavelength is called a peak wavelength, the peak wavelength of thermal radiation changes with temperature. For example, the peak wavelength at about room temperature is about 10 μm, and the peak wavelength at 80 ° C. is about 8 μm.
従って、熱輻射が多い波長の電磁波を用いて水分量検出を行うと、電磁波の検出時に熱輻射がノイズとして現れる虞がある。 Therefore, if moisture content detection is performed using electromagnetic waves having a wavelength with a large amount of thermal radiation, thermal radiation may appear as noise when electromagnetic waves are detected.
しかしながら、室温程度の場合、波長１２０μｍ以上、つまり周波数２．５ＴＨｚ以下では、熱輻射量が、室温程度における熱輻射量のピーク値と比較して、千分の一程度以下になる。室温程度における熱輻射量のピーク値とは、言い換えると、上記１０μｍのピーク波長の電磁波が放射される熱輻射の量のことである。 However, when the temperature is about room temperature, at a wavelength of 120 μm or more, that is, at a frequency of 2.5 THz or less, the heat radiation amount is about one thousandth or less compared to the peak value of the heat radiation amount at about room temperature. In other words, the peak value of the amount of heat radiation at about room temperature is the amount of heat radiation from which the electromagnetic wave having the peak wavelength of 10 μm is radiated.
さらに、温度が上昇するにつれて熱輻射量がピーク値の千分の一程度以下になる周波数は低くなる。 Furthermore, as the temperature rises, the frequency at which the amount of heat radiation becomes about one thousandth or less of the peak value decreases.
したがって、上記範囲の周波数の電磁波を用いていることによって、室温以上では熱輻射量がピーク値の千分の一程度よりも小さくなり、熱輻射の影響が十分少なくなる。 Therefore, by using electromagnetic waves having a frequency in the above range, the amount of heat radiation becomes smaller than about one thousandth of the peak value above room temperature, and the influence of heat radiation is sufficiently reduced.
本発明に係る水分量検出装置は、上記電磁波源の波長をλとし、上記電磁波源が照射する電磁波の上記含水部に対する入射角をθ１とし、上記波長における上記含水部の屈折率をｎ（λ）とし、上記含水部の厚さをＴとする時、ｓｉｎθ２＝ｓｉｎθ１／ｎ（λ）なるθ２を用いて、Ｔ＜λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２と表される関係を有することを特徴とする。 In the moisture content detection device according to the present invention, the wavelength of the electromagnetic wave source is λ, the incident angle of the electromagnetic wave irradiated by the electromagnetic wave source to the water-containing portion is θ1, and the refractive index of the water-containing portion at the wavelength is n (λ ), And when the thickness of the water-containing portion is T, using θ2 of sin θ2 = sin θ1 / n (λ), the relationship is expressed as T <λ / 4n (λ) × cos θ2. To do.
上記構成によれば、単一の電磁波を含水部に照射して水分量を求めようとする場合において、本装置による水分量検出が可能な含水部の厚さと、上記含水部に照射する電磁波の入射角との関係を、容易に定義することが可能となる。また、１つの電磁波源と、１つのセンサと、１つの演算部とだけによって、含水部の水分量検出が可能となる。その理由を以下に補足する。 According to the above configuration, when the moisture content is to be obtained by irradiating the water-containing part with a single electromagnetic wave, the thickness of the water-containing part capable of detecting the water content by this apparatus and the electromagnetic wave irradiating the water-containing part are measured. The relationship with the incident angle can be easily defined. Further, the moisture content of the water-containing part can be detected only by one electromagnetic wave source, one sensor, and one arithmetic unit. The reason is supplemented below.
まず、電磁波を光にたとえて説明するものとし、光線の通る経路を「行路」、その物理的な長さを「行路長」、また行路長に屈折率を乗じた光学的距離を「光路長」とする。つまり、本発明の「光路長」は、上記電磁波の通る経路の物理的な長さに、上記経路における上記電磁波の屈折率を乗じたものを指す。 First, the electromagnetic wave is described as light, the path of the light beam is “path”, the physical length is “path length”, and the optical distance obtained by multiplying the path length by the refractive index is “optical path length”. " That is, the “optical path length” of the present invention refers to a value obtained by multiplying the physical length of the path through which the electromagnetic wave passes by the refractive index of the electromagnetic wave in the path.
従って、本発明で用いる「光路長」は、「光」という語を含んではいるが、光の光学的距離に限定されるものではなく、光を含む電磁波の光学的距離を指すものである。 Accordingly, the “optical path length” used in the present invention includes the word “light”, but is not limited to the optical distance of light, but refers to the optical distance of electromagnetic waves including light.
ここで、上記含水部の屈折率が水の屈折率と空気の屈折率の中間であるならば、一般的に、垂直入射光の光路長が当該入射光の波長の半分の時に、入射光と戻り光との干渉によって、戻り量は概ね最小となる。従って、入射角がθ１の入射光の場合、ｓｉｎθ２＝ｓｉｎθ１／ｎ（λ）なるθ２を用いて、２×｛Ｔ×ｎ（λ）｝＝１／２×｛λ×ｃｏｓθ２｝の時、つまりＴ＝Ｔ0＝λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２の時、戻り量は最小となる。 Here, if the refractive index of the water-containing portion is intermediate between the refractive index of water and the refractive index of air, generally, when the optical path length of perpendicular incident light is half of the wavelength of the incident light, The amount of return is substantially minimized due to interference with the return light. Therefore, in the case of incident light with an incident angle of θ1, using θ2 of sin θ2 = sin θ1 / n (λ), when 2 × {T × n (λ)} = 1/2 × {λ × cos θ2}, that is, When T = T0 = λ / 4n (λ) × cos θ2, the return amount is minimized.
ここで、上記含水部は、乾燥している層(以後、「乾燥層」とする)と、水分を含む層(以後、「湿潤層」とする)とから成るとする。そして上記乾燥層の厚さをｄとし、含水部に全く水分がない状態をｄ＝Ｔとし、含水部が十分に水を含む状態をｄ＝０とする。 Here, it is assumed that the water-containing portion is composed of a dry layer (hereinafter referred to as “dry layer”) and a layer containing moisture (hereinafter referred to as “wet layer”). The thickness of the dry layer is d, d = T is a state where no water is contained in the water-containing portion, and d = 0 is a state where the water-containing portion sufficiently contains water.
上述のように、Ｔ＜λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２が成立する範囲では、Ｔの増加に伴い、戻り量は単調減少する。従って、Ｔが一定であれば、Ｔ＜λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２が成立する範囲では、ｄがＴに近づくにつれて、つまりｄが大きくなるにつれて、戻り量は単調減少する。 As described above, in the range where T <λ / 4n (λ) × cos θ2, the return amount monotonously decreases as T increases. Therefore, if T is constant, the return amount monotonously decreases as d approaches T, that is, as d increases within a range where T <λ / 4n (λ) × cos θ2.
従って、Ｔ＜λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２が成立する範囲では、戻り量から乾燥層の厚さｄを一意に定めることが可能である。 Therefore, within the range where T <λ / 4n (λ) × cos θ2, the thickness d of the dry layer can be uniquely determined from the return amount.
一方、Ｔ＞λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２が成立する範囲では、ｄがＴに近づくにつれて、つまりｄが大きくなるにつれて、戻り量は単調増加する。この場合には、計測された戻り量に対し、乾燥層の厚さｄは、上記Ｔ0より小さいｄと、上記Ｔ0より大きいｄとの２つの値を取り得るため、単一光路長のみにおいて得られる戻り量のみの情報からは、乾燥層の厚さｄを一意に定めることが困難である。 On the other hand, in a range where T> λ / 4n (λ) × cos θ2, the return amount monotonously increases as d approaches T, that is, as d increases. In this case, since the dry layer thickness d can take two values, d smaller than T0 and d larger than T0, the thickness d of the dry layer can be obtained only with a single optical path length. It is difficult to uniquely determine the thickness d of the dry layer from the information of only the return amount obtained.
なお、含水部の厚さＴから乾燥層の厚さｄを減算することにより、含水部における水分を含む層(以後、「湿潤層」とする)の厚さが算出される。含水部の厚さに占める湿潤層の厚さの割合は、含水部の水分状況、つまり含水部の水分量を示している。 The thickness of the layer containing moisture (hereinafter referred to as “wet layer”) in the water-containing part is calculated by subtracting the thickness d of the dry layer from the thickness T of the water-containing part. The ratio of the thickness of the wet layer to the thickness of the water-containing part indicates the moisture condition of the water-containing part, that is, the water content of the water-containing part.
本発明に係る水分量検出装置は、上記演算部が、水に対する上記戻り量をＲＷとし、上記含水部に対して計測された上記戻り量をＲとし、ＡＲＣＣＯＳをＣＯＳの逆関数とする時、ＡＲＣＣＯＳ（２×Ｒ／ＲＷ−１）×λ／（４×ｎ（λ）×π）と含水部の厚さとの比を、水分量を表す値とすることを特徴とする。 In the moisture amount detection device according to the present invention, when the calculation unit sets the return amount to water as RW, sets the return amount measured for the water-containing unit as R, and sets ARCCOS as an inverse function of COS, The ratio between the ARCCOS (2 * R / RW-1) * [lambda] / (4 * n ([lambda]) * [pi]) and the thickness of the water-containing portion is a value representing the moisture content.
上述したＴ＜λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２が成立する範囲において、本発明に係る水分量検出装置は、上記電磁波源とセンサとを一つ備え、上記電磁波源から照射され、上記センサが受光する波長が単一である構成によって、上記戻り量から上記水分量を検出することができる。 In the range where T <λ / 4n (λ) × cos θ2 is satisfied, the water content detection device according to the present invention includes one of the electromagnetic wave source and the sensor, is irradiated from the electromagnetic wave source, and the sensor receives light. The water content can be detected from the return amount by using a single wavelength.
本発明に係る水分量検出装置は、上記のセンサが、互いに光路長の異なる複数の電磁波の上記戻り量を検出することを特徴とする。 The moisture content detection apparatus according to the present invention is characterized in that the sensor detects the return amounts of a plurality of electromagnetic waves having different optical path lengths.
上記構成によれば、互いに光路長の異なる複数の電磁波の戻り量を用いることで、光路長が単一である電磁波の戻り量を検出する単一光路長方式に比べ、より厚い含水部を計測対象とすることが可能になる。これにより、複数光路長方式では、含水部における水分吸収量がより大きい含水部を使用できるため、水分量計測範囲をより拡大することが可能になる。 According to the above configuration, by using the return amounts of a plurality of electromagnetic waves having different optical path lengths, a thicker water-containing part is measured compared to a single optical path length method that detects the return amount of an electromagnetic wave having a single optical path length. It becomes possible to target. As a result, in the multiple optical path length method, a water content portion having a larger water absorption amount in the water content portion can be used, so that the water content measurement range can be further expanded.
なぜならば、上記の干渉が発生することに起因して、戻り量が最小値を持つ状況であっても、互いに光路長の異なる複数の電磁波の検出によって、異なる電磁波の異なる戻り量を用いて水分量を検出することが可能となるからである。 This is because, even when the return amount has a minimum value due to the occurrence of the interference described above, moisture is detected using different return amounts of different electromagnetic waves by detecting a plurality of electromagnetic waves having different optical path lengths. This is because the amount can be detected.
本発明に係る水分量検出装置は、上記電磁波源の波長をλとし、上記電磁波源が照射する電磁波の上記含水部に対する入射角をθ１とし、最小の入射角θ１について、光路長が互いに整数倍関係にない複数の光路長の数をｍとし、それぞれの光路長における波長λの電磁波に対する上記含水部の屈折率をｎ（λ）とし、上記含水部の厚さをＴとする時、ｓｉｎθ２＝ｓｉｎθ１／ｎ（λ）なるθ２を用いて、ｍ×Ｔ＜λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２なる関係を満たすことを特徴とする。 In the water content detection device according to the present invention, the wavelength of the electromagnetic wave source is λ, the incident angle of the electromagnetic wave irradiated by the electromagnetic wave source is θ1, and the optical path length is an integral multiple of the minimum incident angle θ1. When the number of a plurality of unrelated optical path lengths is m, the refractive index of the water-containing part with respect to the electromagnetic wave having the wavelength λ in each optical path length is n (λ), and the thickness of the water-containing part is T, sin θ2 = Using θ2 of sin θ1 / n (λ), a relationship of m × T <λ / 4n (λ) × cos θ2 is satisfied.
上記構成によれば、整数倍関係にないｍ個の光路長を用いれば、原理的に、ｍ個の光路長のそれぞれが有する上記含水部の厚みの候補の中から最も妥当性の高い１つの厚みを特定することができるため、水分量の値が一意に定まる。すなわち、上記関係を満たせばより大きい含水部厚さＴに対しても水分量検出が可能になる。 According to the above configuration, if m optical path lengths not having an integer multiple relationship are used, in principle, one of the most appropriate candidates among the thicknesses of the water-containing portion included in each of the m optical path lengths is one. Since the thickness can be specified, the value of the moisture amount is uniquely determined. That is, if the above relationship is satisfied, the moisture content can be detected even for a larger water content thickness T.
なお、複数光路長において、上記含水部の厚みを一意に定める方法については後に詳細を説明する。 The method for uniquely determining the thickness of the water-containing portion in a plurality of optical path lengths will be described in detail later.
本発明に係る水分量検出装置は、上記複数の電磁波の各波長が、互いに異なっていることを特徴とする。 The water content detection apparatus according to the present invention is characterized in that the wavelengths of the plurality of electromagnetic waves are different from each other.
上記構成によれば、上記複数の電磁波の各波長が、互いに異なっているため、同一の行路を用いても、光路長を異ならせることができる。この結果、複数の電磁波によって、単一の行路を用いた水分量検出が可能になるため、上記装置の小型化が可能となる。 According to the above configuration, since the wavelengths of the plurality of electromagnetic waves are different from each other, even if the same path is used, the optical path length can be varied. As a result, the amount of water using a single path can be detected by a plurality of electromagnetic waves, and thus the apparatus can be miniaturized.
また、光路長の差を設定するのに長い行路を設定する必用がないため、行路中での吸収を最小に抑えることが可能であり、従って最大限の戻り量を確保することが可能である。 In addition, since it is not necessary to set a long path to set the difference in optical path length, it is possible to minimize absorption in the path, and thus it is possible to ensure the maximum return amount. .
本発明に係る水分量検出装置は、上記複数の電磁波に対し、互いに異なる行路が設定されており、上記含水部への照射角度、または上記含水部からの反射角度のいずれか、あるいは両方が、上記複数の電磁波同士で互いに異なることを特徴とする。 In the moisture content detection device according to the present invention, different paths are set for the plurality of electromagnetic waves, and either the irradiation angle to the water-containing part or the reflection angle from the water-containing part, or both, The plurality of electromagnetic waves are different from each other.
上記構成によれば、単一波長の電磁波源を用いて、簡便に複数光路長方式での水分量検出が可能になる。 According to the above configuration, it is possible to easily detect the amount of water by a multiple optical path length method using an electromagnetic wave source having a single wavelength.
本発明に係る水分量検出装置は、上記電磁波源として、上記含水部への行路が互いに異なる複数の電磁波源を備えていることを特徴とする。 The water content detection device according to the present invention includes a plurality of electromagnetic wave sources having different paths to the water-containing portion as the electromagnetic wave source.
上記構成によれば、電磁波源のコスト増のみで、上記複数光路長方式での水分量検出が実現する。 According to the above configuration, it is possible to detect the amount of water by the multiple optical path length method only by increasing the cost of the electromagnetic wave source.
本発明に係る水分量検出装置は、上記のセンサが、上記含水部からの行路が互いに異なる複数の受光素子を備えていることを特徴とする。 In the water content detection apparatus according to the present invention, the sensor includes a plurality of light receiving elements having different paths from the water-containing portion.
上記構成によれば、受光素子のコスト増のみで、上記複数光路長方式での水分量検出が実現する。 According to the above configuration, it is possible to detect the amount of water by the multiple optical path length method only by increasing the cost of the light receiving element.
本発明に係る水分量検出装置は、上記電磁波源、または上記センサのいずれか、あるいは両方が、設置位置を移動することができることを特徴とする。 The water content detection apparatus according to the present invention is characterized in that either or both of the electromagnetic wave source and the sensor can move the installation position.
上記構成によれば、電磁波源またはセンサの数が単一であっても複数であっても、電磁波源またはセンサのいずれか、あるいは両方の移動により、上記光路長が互いに整数倍関係にない複数の光路長の数を制限なく大きくすることができる。従って、より厚い含水部について水分量検出を行うことができる。 According to the above configuration, even if the number of electromagnetic wave sources or sensors is single or plural, the optical path lengths are not in an integral multiple relationship due to movement of either or both of the electromagnetic wave sources or sensors. The number of optical path lengths can be increased without limitation. Therefore, it is possible to detect the water content for a thicker water-containing part.
本発明に係る水分量検出装置は、
上記記憶部が、
上記複数光路長の各光路長ごとに、上記水分量と、少なくとも上記戻り量との関係に関する、数式、または数値の配列、またはこれらから補間される数値のいずれか、あるいは任意の組合せを、関係モデルとして格納しており、
上記演算部が、
（１）上記各光路長の戻り量に対応する水分量の候補が各光路長ごとに複数ある場合、上記水分量の候補と、上記光路長ごとの上記関係モデルとから、上記水分量の候補ごとの戻り量の候補を各光路長について算出し、
（２）上記各光路長ごとの戻り量候補と、各光路長で実際に計測された戻り量との乖離の大きさ表す正の値を、乖離幅として求め、
（３）上記各光路長ごとの乖離幅の、全光路長分の和が最小となる上記水分量の候補を、上記含水部の水分量とすることを特徴とする。
The water content detection device according to the present invention is:
The storage unit is
For each of the optical path lengths of the plurality of optical path lengths, a mathematical formula, an array of numerical values, or a numerical value interpolated from these, or any combination relating to the relationship between the water content and at least the return amount is related. Stored as a model,
The arithmetic unit is
(1) When there are a plurality of water content candidates corresponding to the return amounts of the optical path lengths for each optical path length, the water content candidates are obtained from the water content candidates and the relational model for each optical path length. Each return amount candidate is calculated for each optical path length,
(2) A positive value representing the magnitude of the deviation between the return amount candidate for each optical path length and the return amount actually measured at each optical path length is obtained as the deviation width,
(3) The moisture content candidate that minimizes the sum of the total optical path lengths of the divergence width for each optical path length is defined as the moisture content of the water-containing portion.
上記構成によれば、演算により、互いに光路長の異なる複数の電磁波の戻り量を用いた水分量検出が可能になる。 According to the above configuration, it is possible to detect the amount of water using the return amounts of a plurality of electromagnetic waves having different optical path lengths by calculation.
すなわち、例えば、或る一つの光路長について、本発明に係る装置が計測した上記戻り量から算出される乾燥層の厚さの候補が複数である場合にも、他の光路長に対応する乾燥層の厚さの候補と組み合わせることにより、乾燥層の厚さを一つに絞ることが可能となる。 That is, for example, even when there are a plurality of drying layer thickness candidates calculated from the return amount measured by the apparatus according to the present invention for a certain optical path length, drying corresponding to other optical path lengths is performed. By combining with layer thickness candidates, the thickness of the dry layer can be reduced to one.
なお、乖離を表す正の値として、各光路長ごとの戻り量候補と、各光路長で実際に計測された戻り量との差の２乗を求めてもよいし、各光路長ごとの戻り量候補と、各光路長で実際に計測された戻り量との差の絶対値を求めてもよい。 In addition, as a positive value representing the deviation, a square of a difference between a return amount candidate for each optical path length and a return amount actually measured with each optical path length may be obtained, or a return for each optical path length may be obtained. You may obtain | require the absolute value of the difference of a quantity candidate and the return amount actually measured with each optical path length.
本発明に係る水分量検出装置は、上記演算部が、上記電磁波源における放射量と、上記センサにより検出した戻り量との比を戻り量比として算出することを特徴とする。 In the moisture amount detection device according to the present invention, the calculation unit calculates a ratio between a radiation amount in the electromagnetic wave source and a return amount detected by the sensor as a return amount ratio.
上記構成によれば、周囲温度変化に伴う電磁波源の出力変化に寄らず、安定した水分量検出が可能になる。 According to the above configuration, it is possible to stably detect the amount of water without depending on the output change of the electromagnetic wave source accompanying the ambient temperature change.
本発明に係る水分量検出装置は、上記演算部が、上記センサにより検出した戻り量の上記比を計測開始時に算出した初期比で除算した正規化戻り量比を用いて、上記戻り量比の算出を行うことを特徴とする。 In the moisture amount detection device according to the present invention, the calculation unit uses the normalized return amount ratio obtained by dividing the ratio of the return amount detected by the sensor by the initial ratio calculated at the start of measurement. The calculation is performed.
上記構成によれば、計測開始時に含水部が水分を含んでいないことを前提とする計測において、温度変化などにより電磁波源の放射量またはセンサの感度が変化した場合にも適切な水分量の検出が行える。 According to the above configuration, in the measurement assuming that the water-containing part does not contain moisture at the start of measurement, even when the radiation amount of the electromagnetic wave source or the sensitivity of the sensor changes due to a temperature change or the like, an appropriate moisture amount is detected. Can be done.
本発明に係る水分量検出装置は、
上記生体が検出位置に存在するかを判定する判定部をさらに備え、
上記記憶部は、上記判定部が生体不在と判定した時点で上記センサが検出した戻り量に対応する上記演算部での演算結果を記憶し、
上記演算部が、上記記憶部が記憶した上記演算結果を用いて、含水部が検出位置に存在する状態での上記戻り量、または上記戻り量比、または上記正規化戻り量比のいずれか、あるいは任意の組合せを補正することを特徴とする。
The water content detection device according to the present invention is:
A determination unit for determining whether the living body is present at the detection position;
The storage unit stores a calculation result in the calculation unit corresponding to a return amount detected by the sensor when the determination unit determines that a living body is absent.
The calculation unit uses the calculation result stored in the storage unit, either the return amount in a state where the water-containing unit exists at the detection position, or the return amount ratio, or the normalized return amount ratio, Alternatively, any combination is corrected.
上記構成によれば、検出対象生体が不在の状態で検出した戻り量を基準として、戻り量、戻り量比、または正規化戻り量比のいずれか、あるいは任意の組合せを補正することができる。これにより、温度変化などにより電磁波源の放射量またはセンサの感度が変化した場合にも適切な水分量の検出を容易に行うことができる。 According to the above configuration, any one or any combination of the return amount, the return amount ratio, or the normalized return amount ratio can be corrected based on the return amount detected in the absence of the detection target living body. Thereby, even when the radiation amount of the electromagnetic wave source or the sensitivity of the sensor changes due to a temperature change or the like, it is possible to easily detect an appropriate amount of water.
本発明に係るバイタルサイン検出装置は、上記水分量検出装置を備えたバイタルサイン検出装置であって、上記生体の水分量を、上記生体のバイタルサインの１つとして、検出することを特徴とする。 The vital sign detection device according to the present invention is a vital sign detection device including the moisture amount detection device, and detects the moisture content of the living body as one of the vital signs of the living body. .
上記構成によれば、バイタルサインの一つとして生体水分量を、被検出生体に接触せずに、検出することが可能となる。上記生体水分量は、発汗量、または血液量、または尿量、または吐しゃ物量のいずれか、あるいは任意の組合せを含む。 According to the said structure, it becomes possible to detect the biological water content as one of the vital signs, without contacting a to-be-detected biological body. The biological water content includes any amount of perspiration, blood volume, urine volume, and vomit volume, or any combination.
なお、上記バイタルサイン検出装置は、生体水分量以外のバイタルサインとして、脈拍、皮膚温度、呼吸数等を、生体に対して非接触で測定可能であってもよい。 Note that the vital sign detection device may be capable of measuring a pulse, skin temperature, respiratory rate, and the like as vital signs other than the amount of water in the living body without contact with the living body.
例えば、脈拍の測定に関しては、赤外線を用いて、照射量と指などに当たって戻ってきた戻り量との差から血流の変動を求め、脈拍の情報を得ることができる。上記赤外線の照射および戻り光の受光には、上記生体水分量の検出に用いるのと同じ電磁波源およびセンサを用いてもよい。 For example, regarding the measurement of the pulse, it is possible to obtain the pulse information by obtaining the fluctuation of the blood flow from the difference between the irradiation amount and the return amount returned upon hitting a finger or the like using infrared rays. For the infrared irradiation and the return light reception, the same electromagnetic wave source and sensor as those used for the detection of the biological water content may be used.
上記技術を用いた脈拍、皮膚温度、呼吸数等の測定と、本発明に係る水分量検出装置により検出した生体水分量とを組み合わせることにより、被検出者のバイタルサインを、自然な状態で、正確に検出することが可能となる。 By combining the measurement of the pulse, skin temperature, respiration rate, etc. using the above technique with the biological water content detected by the water content detection device according to the present invention, the vital sign of the subject in a natural state, It becomes possible to detect accurately.
本発明に係るバイタルサイン検出装置は、上記水分量検出装置を備えたバイタルサイン検出装置であって、上記電磁波源が、生体の一部に上記電磁波を直接照射し、上記センサが、上記生体の一部によって反射された電磁波の戻り量を検出することを特徴とする。 A vital sign detection device according to the present invention is a vital sign detection device including the moisture content detection device, wherein the electromagnetic wave source directly irradiates a part of a living body with the electromagnetic wave, and the sensor A return amount of the electromagnetic wave reflected by a part is detected.
上記構成によれば、バイタルサインの一つとして、生体の一部（例えば、皮膚の角質層）の水分量を、当該生体の一部と接触せずに、直接検出することが可能となる。 According to the said structure, it becomes possible to detect directly the water content of a part of living body (for example, stratum corneum of skin) as one of the vital signs, without contacting with a part of the said living body.
本発明に係るバイタルサイン検出装置は、上記水分量検出装置を備えたバイタルサイン検出装置であって、上記電磁波源が、生体に接する可視光遮蔽物に上記電磁波を照射し、上記センサが、上記可視光遮蔽物で反射された電磁波の戻り量を検出し、上記電磁波源またはセンサの少なくとも一方が、上記可視光遮蔽物によって上記生体から不可視となっていることを特徴とする。 The vital sign detection device according to the present invention is a vital sign detection device provided with the moisture content detection device, wherein the electromagnetic wave source irradiates the visible light shield contacting the living body with the electromagnetic wave, and the sensor A return amount of the electromagnetic wave reflected by the visible light shielding object is detected, and at least one of the electromagnetic wave source or the sensor is invisible from the living body by the visible light shielding object.
上記構成によれば、上記生体が上記検出装置を意識することなく、バイタルサインの一つとして、上記生体の生体水分量を、検出することが可能となる。 According to the said structure, it becomes possible for the said biological body to detect the biological water content of the said biological body as one of the vital signs, without being conscious of the said detection apparatus.
本発明に係る環境制御システムは、
（１）上記バイタルサイン検出装置と、
（２）上記生体の環境を制御する環境制御装置と、
（３）上記バイタルサイン検出装置から検出結果を受け取り、その検出結果を基に、上記環境制御装置を制御する制御部とを備えていることを特徴としている。
The environmental control system according to the present invention includes:
(1) the vital sign detection device;
(2) an environment control device for controlling the environment of the living body;
(3) It is characterized by comprising a control unit that receives a detection result from the vital sign detection device and controls the environmental control device based on the detection result.
上記構成によれば、生体がバイタルサイン検出装置から受ける心理的影響を回避しつつ検出した生体水分量を基に、環境制御を行うことが可能となる。 According to the said structure, it becomes possible to perform environmental control based on the biological water content detected, avoiding the psychological influence which a biological body receives from a vital sign detection apparatus.
本発明に係る環境制御システムは、上記生体が着座する座席シートをさらに備え、上記電磁波源が、座席シートに上記電磁波を照射し、上記センサが、上記座席シートで反射された電磁波の戻り量を検出し、上記電磁波源またはセンサの少なくとも一方が、上記座席シートによって上記生体から不可視となっており、上記環境制御装置が空調機器であることを特徴とする。 The environmental control system according to the present invention further includes a seat seat on which the living body is seated, the electromagnetic wave source irradiates the seat sheet with the electromagnetic wave, and the sensor returns a return amount of the electromagnetic wave reflected by the seat seat. It is detected that at least one of the electromagnetic wave source or the sensor is invisible from the living body by the seat seat, and the environmental control device is an air conditioner.
上記構成によれば、検査対象である生体（例えば、人間、動物など）が、座席シートに着座することによって、その生体に意識されることなく検出した、上記生体の発する水分量を基に、環境制御を行うことが可能となる。すなわち、例えば発汗という生体の発する情報を直接利用する空調機器の制御が可能であり、例えば空気の温度を計測して空調機器を制御する場合に比べ、生体の感じている快適性をより直接的に反映した制御が可能となる。 According to the above configuration, a living body to be inspected (for example, a human being, an animal, etc.) is detected without being conscious of the living body by sitting on the seat, and based on the amount of water emitted by the living body, Environmental control can be performed. That is, for example, it is possible to control an air conditioner that directly uses information generated by a living body such as sweating, and for example, compared to controlling the air conditioner by measuring the temperature of the air, the comfort felt by the living body is more directly controlled. Control reflected in can be made.
本発明に係る環境制御システムは、上記座席シートの周囲の空間を閉空間とするハウジングと、上記ハウジングに装着されたドアとをさらに備え、上記センサが、上記ドアのロック解除直後の時点での上記戻り量を、上記生体が上記座席シートに着座していない状態での戻り量として検出することを特徴とする。 The environmental control system according to the present invention further includes a housing having a space around the seat seat as a closed space, and a door attached to the housing, wherein the sensor is immediately after unlocking the door. The return amount is detected as a return amount when the living body is not seated on the seat.
上記構成により、ドアのロックが解除されたことをトリガとして、座席シートに生体が着座していない状態での水分量の検出が可能である。 With the above-described configuration, it is possible to detect the amount of moisture in a state where a living body is not seated on the seat seat, triggered by the unlocking of the door.
例えば、上記ハウジングは、自動車のボディであり、上記空調機器がカーエアコンであるとした場合、自動車のユーザがドアロックを解除し、運転席の座席シートに着座する直前に、座席シートの水分量を初期値として検出することができる。 For example, when the housing is a body of an automobile and the air conditioner is a car air conditioner, the moisture content of the seat seat immediately before the user of the automobile releases the door lock and sits on the seat of the driver seat. Can be detected as an initial value.
これによって、例えば運転席に着座したユーザの発汗量を、より正確に検出し、より快適な空調を行うことができる。 Thereby, for example, the amount of sweating of a user seated in the driver's seat can be detected more accurately, and more comfortable air conditioning can be performed.
本発明に係る環境制御システムは、上記環境制御装置の出力を操作するリモートコントローラをさらに備え、上記電磁波源が、上記リモートコントローラのボタンに上記電磁波を照射し、上記センサが、上記ボタンで反射された電磁波の戻り量を検出し、上記電磁波源またはセンサの少なくとも一方が、上記ボタンによって隠されており、上記制御部が、上記リモートコントローラと連動して上記環境制御装置の制御を行うことを特徴とする。 The environmental control system according to the present invention further includes a remote controller for operating the output of the environmental control device, the electromagnetic wave source irradiates the electromagnetic wave to a button of the remote controller, and the sensor is reflected by the button. The amount of return of the electromagnetic wave is detected, at least one of the electromagnetic wave source or the sensor is hidden by the button, and the control unit controls the environment control device in conjunction with the remote controller. And
上記構成によれば、リモートコントローラのボタンを上記生体が操作することによって、ボタンに付着する水分を、バイタルサインの１つとして検出することができる。上記電磁波源またはセンサの少なくとも一方は、上記ボタンによって隠されているので、リモートコントローラを操作する生体にバイタルサイン検出装置を意識させることなく、上記水分量を得ることが可能である。 According to the said structure, the said biological body operates the button of a remote controller, and the water | moisture content adhering to a button can be detected as one of vital signs. Since at least one of the electromagnetic wave source or the sensor is hidden by the button, the water content can be obtained without making the living body operating the remote controller aware of the vital sign detection device.
また、座席シートに浸潤した水分量と、リモートコントローラのボタンに付着した水分量とに基づいて、例えば、自動車の運転席の足元の空調と、リモートコントローラが装着されたカーナビゲーションシステムの周囲の空調とを異ならせるなどのように、より多彩な環境制御を行えるように環境制御システムを構成することも可能になる。 In addition, based on the amount of moisture that has infiltrated the seat and the amount of moisture that has adhered to the buttons of the remote controller, for example, air conditioning at the foot of the driver's seat of the car and air conditioning around the car navigation system with the remote controller installed It is also possible to configure the environment control system so that more various environment controls can be performed.
本発明は、生体の水分量を検出する対象としての含水部に電磁波を照射し、含水部において反射された電磁波の戻り量を検出するとともに、その戻り量と上記含水部に含まれる水分量との対応関係に基づいて、水分量を求めることを特徴としている。 The present invention irradiates a water-containing part as a target for detecting the moisture content of a living body with electromagnetic waves, detects the return amount of the electromagnetic wave reflected in the water-containing part, and the return amount and the water content contained in the water-containing part. It is characterized in that the amount of moisture is obtained based on the correspondence relationship.
それゆえ、生体の水分量を、非接触にて、上記生体に意識されることなく、上記生体に特別な姿勢や動作を強いることなく、検出することができる。 Therefore, the water content of the living body can be detected in a non-contact manner without being conscious of the living body and without forcing the living body to have a special posture or action.
また、生体の自然な状態で検出した水分量を用いて、生体の適切な運動制御もしくは快適な環境制御などを行うシステムを提供することができる。 In addition, it is possible to provide a system that performs appropriate motion control or comfortable environment control of the living body using the moisture amount detected in the natural state of the living body.
以下では、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔実施形態１〕
以下、本発明に係る環境制御システムの実施の一形態である、車載用空調システムについて説明する。なお、この車載用空調システムには、本発明に係るに水分量検出装置を応用したバイタルサイン検出装置を用いている。
Hereinafter, an in-vehicle air conditioning system, which is an embodiment of an environmental control system according to the present invention, will be described. In addition, the vital sign detection apparatus which applied the moisture content detection apparatus based on this invention is used for this vehicle-mounted air conditioning system.
（１）全体の構成
図1は、本発明の一実施形態に係る車載用空調システムの概要を示す図である。
(1) Overall Configuration FIG. 1 is a diagram showing an overview of an in-vehicle air conditioning system according to an embodiment of the present invention.
車載用空調システムは、車両のボディ（ハウジング）に囲まれた車室（閉空間）内に、生体水分量検出ユニット１が装着された座席２と、空調ユニット４とを備えている。
The in-vehicle air conditioning system includes a
生体水分量検出ユニット１は、座席２の着座部２３に充填されたクッション材２３２に埋め込まれ、外部から視認できないようになっている。着座部２３の表面は布部２３１（含水部、座席シート、可視光遮蔽物）で覆われている。
The biological water
まず、生体水分量検出ユニット１は、人物３の臀部３３に接している布部２３１の水分量を検出する。なお、上記布部２３１の水分量は、人物３の発汗量と相関（例えば比例）しているとする。
First, the biological water
次に、生体水分量検出ユニット１は、上記検出結果情報を、空調ユニット４の後述する空調ユニット制御部４１（図２参照）に出力する。
Next, the biological water
空調ユニット制御部４１は、生体水分量検出ユニット１から受け取った上記検出結果情報に基づき、空調ユニット４の出力を調整し、人物３の発汗量に応じた空調を行うことによって、車内環境の快適性を保つ。
The air conditioning
（生体水分量検出ユニットの構成）
図２は、上記生体水分量検出ユニット１の構成を示す図である。
(Configuration of biological water content detection unit)
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the biological water
図２に示すように、生体水分量検出ユニット１は、光源１１（電磁波源）と、受光量を検出するセンサ１４１および１４２と、演算部１５と、記憶部１７とを備えている。
As shown in FIG. 2, the biological water
光源１１は、臀部３３に接している布部２３１（生体の水分量を検出する対象）に向けて、テラヘルツ光１２１と１２２とを照射する。なお、布部２３１への、テラヘルツ光１２１の入射角とテラヘルツ光１２２の入射角とは異なっている。
The light source 11 irradiates the
テラヘルツ光１２１が布部２３１により反射ないし散乱された戻り光１３１は、センサ１４１により検出される。一方、テラヘルツ光１２２の戻り光１３２は、センサ１４２により検出される。
The
センサ１４１と１４２とは、各テラヘルツ光１２１および１２２それぞれの戻り量に応じた信号を、演算部１５に出力する。
The
演算部１５は、上記戻り量に基づいて、布部２３１に含まれる生体水分量を演算によって求め、検出結果情報を上記空調ユニット制御部４１に出力する。
The
記憶部１７は、センサ１４１および１４２が検出した上記戻り量と、布部２３１に含まれる生体水分量との対応関係（関係モデル）として、例えば、後述する関数を格納している。
The
したがって、演算部１５は、記憶部１７に格納された上記対応関係を用いて、生体水分量を演算する。
Therefore, the
（光源）
光源１１は、例えば約１．０テラヘルツ（ＴＨｚ）を出力中心波長とする量子カスケードレーザーを採用することができる。光源１１から照射される電磁波の詳細については後述する。
(light source)
As the light source 11, for example, a quantum cascade laser having an output center wavelength of about 1.0 terahertz (THz) can be employed. Details of the electromagnetic waves emitted from the light source 11 will be described later.
また、光源１１の出力は一定であり既知であるものとする。 Further, it is assumed that the output of the light source 11 is constant and known.
ただし、出力不定の場合であっても、例えば光量モニタを使って出力強度を取得し出力を規格化することによって、出力が一定で既知である場合と同様に扱うことができる。 However, even when the output is indefinite, for example, by obtaining the output intensity using a light amount monitor and normalizing the output, it can be handled in the same way as when the output is constant and known.
センサ出力の規格化の一例として、戻り量を出力光量で除算することによって正規化した戻り量比を採用することができる。また、センサ出力の規格化の他の例として、含水部に水分が含まれていない場合といった既知の状態での戻り量によって、検出した戻り量を除算することによって正規化した戻り量比を採用することもできる。センサ出力の規格化のさらに他の例として、計測開始時に算出した戻り量比の初期比で、計測した戻り量比を除算した戻り量比を採用することもできる。このように正規化することによって、光源の出力に関する上記問題は回避される。なお、戻り量の正規化について、詳細は後述する。 As an example of normalization of sensor output, a return amount ratio normalized by dividing the return amount by the output light amount can be employed. In addition, as another example of standardization of sensor output, a return amount ratio normalized by dividing the detected return amount by the return amount in a known state such as when the water-containing part does not contain moisture is adopted. You can also As yet another example of normalization of sensor output, a return amount ratio obtained by dividing the measured return amount ratio by the initial ratio of the return amount ratio calculated at the start of measurement may be employed. By normalizing in this way, the above-mentioned problem relating to the output of the light source is avoided. Details of the normalization of the return amount will be described later.
（センサ）
センサ１４１と１４２とには、ボロメータを採用することができる。
(Sensor)
A bolometer can be adopted as the
センサは、出力が戻り量に応じて変化する受光素子を備えていればよく、例えば、焦電効果を利用した素子、またはゴレーセル、またはショットキーバリヤーダイオードのいずれか、あるいは任意の組合せが含まれる。 The sensor only needs to include a light receiving element whose output changes according to the return amount, and includes, for example, an element using a pyroelectric effect, a Golay cell, a Schottky barrier diode, or any combination. .
なお、ここでは説明の簡便のため、センサ１４１および１４２は、センサが受光した光量に比例した電位を出力するものとする。
For simplicity of explanation, the
（電磁波の性質）
本実施例では、光源１１が照射し、センサ１４１と１４２とが受光する電磁波は、約１．０ＴＨｚの量子カスケードレーザー光である。しかし、０．１ＴＨｚ以上１２０ＴＨｚ以下の周波数の電磁波であれば、上記レーザー光に代えて用いることができる。例えば０．３ＴＨｚのように、テラヘルツ帯でも比較的低めの発信周波数での使用に適した共鳴トンネルダイオード素子なども、光源１１に適用可能である。
(The nature of electromagnetic waves)
In this embodiment, the electromagnetic wave irradiated by the light source 11 and received by the
既に述べたように、上記範囲の周波数の電磁波は、水における吸収係数が大きい。従って、布部２３１からの戻り量は、布部２３１に含まれる水分量に応じて、大きく変化する。
As already described, electromagnetic waves having a frequency in the above range have a large absorption coefficient in water. Therefore, the amount of return from the
また、上記範囲の周波数の電磁波は、布などの軽分子の繊維に対して高い透過性を示すため、光源とセンサとがクッション材に埋め込まれた状態でも、水分量検出が可能である。 In addition, since electromagnetic waves having a frequency in the above-described range show high permeability to light molecular fibers such as cloth, it is possible to detect the amount of water even when the light source and the sensor are embedded in the cushioning material.
さらに、上記範囲の周波数の電磁波では、直進性が維持されているため、光の干渉が生じる状態での水分量検出を行う際に誤差が少ない。 Furthermore, the electromagnetic wave having the frequency in the above range maintains straightness, so that there is little error when detecting the amount of water in a state where light interference occurs.
特に、テラヘルツ帯のうち、０．１ＴＨｚ以上２．５ＴＨｚ以下の周波数の電磁波は、既に説明したように、室温以上では熱輻射量がピーク値の千分の一程度よりも小さくなり、熱輻射の影響を受けにくい。このため、上記周波数の電磁波を用いることによって、車中など高温下に置かれることが想定される用途に適した水分量検出装置を提供することが可能となる。 In particular, in the terahertz band, an electromagnetic wave having a frequency of 0.1 THz or more and 2.5 THz or less has a thermal radiation amount smaller than one thousandth of a peak value at room temperature or more as described above, and the thermal radiation Not easily affected. For this reason, it becomes possible by using the electromagnetic wave of the said frequency to provide the moisture content detection apparatus suitable for the use assumed to be placed under high temperature, such as a vehicle.
なお発振周波数の幅は、干渉に影響するため、狭い方が望ましい。 Note that the width of the oscillation frequency is preferably narrow because it affects interference.
また電磁波の干渉の問題については、詳細は後述する。 Details of the problem of electromagnetic interference will be described later.
（演算部）
演算部１５における水分量算出方法を、図３から図５を用いて説明する。
(Calculation unit)
The water content calculation method in the
図３は、臀部３３と布部２３１との接触部位を拡大した図である。
FIG. 3 is an enlarged view of a contact portion between the
布部２３１は、臀部３３から水分が浸透した湿潤層２３１１と、水分が含まれない、言い換えると水分が浸透するには至っていない乾燥層２３１２とから成り、乾燥層２３１２の厚さをｄとし、布部２３１の厚さは８０ミクロン（μｍ）であるとする。
The
図４は、下記条件での、センサ１４１および１４２の出力電圧を示している。
FIG. 4 shows the output voltages of the
すなわち、図２に示したように、入射角１０度で布部２３１に照射されたテラヘルツ光１２１の、戻り光１３１をセンサ１４１が受光し、入射角４５度で布部２３１に照射されたテラヘルツ光１２２の、戻り光１３２をセンサ１４２が受光するとする。
That is, as shown in FIG. 2, the
また、センサ１４１と１４２とは、テラヘルツ光１２１と１２２とが、布部２３１で１００％反射された時の戻り光を受光した際に、それぞれ１．０Ｖを出力するものとする。なお、上記１．０Ｖという数値は、説明のための一例に過ぎない。
さらに、センサに入射するテラヘルツ光量とセンサ出力電圧は比例関係にあるものとする。 Furthermore, it is assumed that the amount of terahertz incident on the sensor is proportional to the sensor output voltage.
図４によれば、まず、布部２３１が水分を含まない場合、つまりｄ＝８０ミクロンの場合、センサ１４１と１４２の出力はそれぞれ、約０．５８Ｖと０．３１Ｖとである。
According to FIG. 4, first, when the
次に、人物３が着座し発汗することによって、布部２３１の５０％まで水分が浸透した場合、すなわちｄ＝４０ミクロンの場合、センサ１４１と１４２の出力はそれぞれ０．０７４Ｖと０．００３４Ｖとである。
Next, when the
さらに、布部２３１全体に汗が浸透すると、ｄ＝０となるので、図４に示されるように、センサ１４１と１４２の出力はそれぞれ０．８１Ｖと０．３９Ｖとになる。
Further, when sweat permeates the
図４に示されるように、戻り量は、ｄの値によって単調変化するのでなく、入射光と戻り光との干渉の影響によって増減を繰り返す。 As shown in FIG. 4, the return amount does not change monotonously depending on the value of d, but repeatedly increases and decreases due to the influence of interference between incident light and return light.
従って、例えばセンサ１４１の出力のみでｄを判定しようとしても、出力０．４Ｖの際、ｄの候補としては約２５ミクロンと７０ミクロンの２つがあるため一意に定まらない。
Therefore, for example, even if d is determined only by the output of the
しかし、センサ１４１の出力０．４Ｖに対応するセンサ１４２の出力が約０．１３Ｖであるか約０．２４Ｖであるかによって、ｄが約２５ミクロンと７０ミクロンのいずれであるかを判定することが可能となる。
However, it is determined whether d is about 25 microns or 70 microns depending on whether the output of the
つまり、ｄの値は、センサ１４１の出力ｘとセンサ１４２の出力ｙとの関数ｆとして、ｄ＝ｆ（ｘ、ｙ）の形で表される。上記関数ｆを予め前記記憶部１７に格納しておき、その関数を演算部１５が記憶部１７から読み出すことによって、ｄの値を算出することが可能となる。
That is, the value of d is expressed in the form of d = f (x, y) as a function f of the output x of the
より一般的には、予め記憶部１７が、関数ｆを２次元配列テーブルとして保持しておくことによって、容易にｄの値が得られる。この際、ｄのテーブルの粒度とセンサ１４１および１４２の出力ｘ、ｙの粒度とが不一致である場合についても、一般的な補間処理を用いることによって、ｄの値を一意に定めることが可能となる。
More generally, the
なお、上記の基本的な算出方法に加え、入射角ごとの戻り量の初期値で正規化した値を用いて判定することも可能である。これは、温度変化または経時変化などを原因として、光源の出力またはセンサの感度のいずれか或いは両方が変化する場合に、その変化の影響を無くす措置として有効である。 In addition to the above basic calculation method, it is also possible to make a determination using a value normalized by the initial value of the return amount for each incident angle. This is effective as a measure for eliminating the influence of the change when either or both of the output of the light source and the sensitivity of the sensor change due to a change in temperature or a change with time.
図５は、乾燥層の厚さが８０ミクロンである時の各センサの出力によってそれぞれの戻り量を正規化した戻り量比と、乾燥層の厚さとの関係を示す図である。入射角の違いによって、戻り量比のグラフ形状が異なるため、前述した干渉の影響があっても乾燥層の厚さｄの特定が可能である。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the return amount ratio obtained by normalizing each return amount based on the output of each sensor when the dry layer thickness is 80 microns, and the dry layer thickness. Since the graph shape of the return amount ratio varies depending on the incident angle, the thickness d of the dry layer can be specified even if the influence of the interference described above is present.
上記算出方法によって得たｄは、例えばＶ＝（ｄ０−ｄ）／ｄ０といった演算を経て、発汗の大小を最大１、最小０と対応づけられた生体水分量Ｖに変換され、後述する空調ユニット制御部４１に出力される。なお、乾燥している状態でのｄの値をｄ０とする。
The d obtained by the above calculation method is converted into a biological water amount V in which the magnitude of sweating is associated with a maximum of 1 and a minimum of 0 through a calculation such as V = (d0−d) / d0, for example. It is output to the
なお、上記演算式は説明のための一例にすぎず、後述する空調ユニット制御部４１の入力仕様に合わせて、任意に設計することが可能である。
In addition, the said arithmetic formula is only an example for description, Comprising: It can be arbitrarily designed according to the input specification of the air-conditioning
また、例えば工場での出荷の際、センサおよび光源の性能を検査し、性能のばらつきを補正するため、含水部での反射率が１００％である場合の出力を利用することができる。上記の布部２３１での反射率が１００％である場合の出力は、例えば臀部３３の位置すべき場所に、上記ＴＨｚ帯域での反射率がほぼ１００％に近い金属板などを置くことによって得ることができる。この補正方法によって得た出力値で実際の出力電圧を除した値を図４の縦軸に適用することも可能である。
Further, for example, when shipping at a factory, in order to inspect the performance of the sensor and the light source and correct the variation in performance, the output when the reflectance at the water-containing portion is 100% can be used. The output when the reflectance at the
（入射光量不定時の戻り量の補正）
さらに、例えばセンサの性能劣化、またはクッション材における減衰などを原因として、入射光量と出力との関係が既知でない場合であっても、下記の方法を利用することにより、上記と同様の生体水分量検出が可能である。
(Correction of return amount when incident light quantity is undefined)
Furthermore, even if the relationship between the amount of incident light and the output is not known due to, for example, sensor performance degradation or attenuation in the cushioning material, the same amount of biological water as above is obtained by using the following method. Detection is possible.
まず、生体水分量検出ユニット１の外部に、検出対象である人物３の存否を検出するセンサ５０を設ける。センサ５０として、例えば光、赤外線または超音波を利用した人感センサなどを採用できる。センサ５０の出力は、演算部１５に送られるようになっているので、演算部１５は、センサ５０の出力変化によって、人物３の存否を検出する。このようにして、センサ５０と演算部１５とで、検出対象が検出位置に存在するか否かを判定する判定部を構成する。
First, a
入射光量不定時の戻り量の補正処理として、まず演算部１５は、センサ５０の出力変化に基づき人物３が検出位置に存在するか否かを判定する。次に、記憶部１７は、演算部１５が人物不在と判定した時点で上記センサ１４１および１４２が検出した戻り量に対応する演算部１５での演算結果を記憶する。つまり、人物３が着座していない状態でのセンサ１４１と１４２の出力ｘ＿０とｙ＿０とを、記憶部１７に保存しておく。
As a correction process of the return amount when the incident light amount is indefinite, the
なお、図４に示す通り、本実施例において、人物３が着座していない状態での、つまりｄが８０ミクロンである時の、センサ１４１における戻り量は「０．５８」であり、センサ１４２における戻り量は「０．３１」である。
As shown in FIG. 4, in this embodiment, when the
次に、人物３が着座した状態での各センサ１４１，１４２の出力を取得する。
Next, the outputs of the
上記着座状態での各センサ１４１，１４２の出力結果を，それぞれのｘ＿０とｙ＿０とを用いて、補正することにより、入射光量と出力との関係が既知でない場合でも、水分量算出が可能となる。
By correcting the output results of the
例えば、上記の関数ｄ＝ｆ（ｘ、ｙ）のｘをｘ／０．５８、ｙをｙ／０．３１で置き換えることによって、上記の関数ｄ＝ｆ（ｘ、ｙ）をそのまま用いることが可能となる。 For example, by replacing x in the function d = f (x, y) with x / 0.58 and y with y / 0.31, the function d = f (x, y) can be used as it is. It becomes possible.
より一般化すれば、各センサの出力について、人物３が着座していない時点の出力ｘ＿０、ｙ＿０で、計測時点の出力ｘ、ｙを除した値の関数ｄ＝ｆ（ｘ／ｘ＿０、ｙ／ｙ＿０）を用いることによって、入射光量が不明の場合においても、水分量の検出が可能となる。
More generally, for each sensor output, a function d = f (x / x_0, y / 0) obtained by dividing the outputs x_0, y_0 when the
ところで、上記の着座判定には、障害物センサまたは重量センサを用いてもよい。また、例えば車内であれば、ドアロックの解除、またはドアの開放を判定に用いることもできる。さらに、室内の場合であれば、エアコン等の電源投入、または室内灯の点灯を基に、着座判定を行うこともできる。 By the way, an obstacle sensor or a weight sensor may be used for the seating determination. In addition, for example, in a vehicle, release of the door lock or opening of the door can be used for the determination. Furthermore, in the case of indoors, the seating determination can be performed based on power-on of an air conditioner or the like or lighting of an indoor lamp.
（空調ユニットと空調ユニット制御部）
前記空調ユニット制御部４１は、上記生体水分量Ｖに応じて、空調ユニット４を制御する。
(Air conditioning unit and air conditioning unit controller)
The air conditioning
空調ユニット制御部４１による制御は、一般的な空調機器が室温を用いて出力をフィードバック制御する周知技術を応用してもよい。すなわち、室温に代えて上記生体水分量Ｖを用いて、例えば、Ｖが増えれば室温を下げ、Ｖが減少すれば室温を上げるように、出力を制御してもよい。
The control by the air conditioning
（ブロック図）
図６は、本発明に係るバイタルサイン検出装置を用いた車載用空調システムの概要を示すブロック図である。
(Block Diagram)
FIG. 6 is a block diagram showing an outline of an in-vehicle air conditioning system using the vital sign detection device according to the present invention.
光源１１から出力されたテラヘルツ光１２１と１２２とを、臀部３３に接した布部２３１に照射する。
The terahertz lights 121 and 122 output from the light source 11 are applied to the
センサ１４１と１４２とは、それぞれ、テラヘルツ光１２１と１２２の戻り光である１３１と１３２とを受光し、戻り光１３１と１３２の光量に応じた出力ｘとｙとを、演算部１５に出力する。
The
演算部１５は、出力ｘとｙとから、記憶部１７に記憶されたｄ＝ｆ（ｘ、ｙ）を用いて、布部２３１における乾燥層の厚さｄを算出する。さらに、演算部１５は、前記Ｖ＝Ｖａ＝（ｄ０−ｄ）／ｄ０（ｄ０は乾燥している状態でのｄの値）という演算式、またはＶ＝Ｖｂ＝ｄ／ｄ０によって、生体水分量Ｖに変換して空調ユニット制御部４１に出力する。
The
なお、上記Ｖａは、含水部の湿潤度合いを示し、上記Ｖｂは、含水部の乾燥度合いを示す。Ｖａ，Ｖｂのどちらも、生体水分量を求める指標として用いることができる。 The Va indicates the wetness of the water-containing part, and the Vb indicates the dryness of the water-containing part. Both Va and Vb can be used as an index for obtaining the biological water content.
空調ユニット制御部４１は、生体水分量Ｖに応じて、人物３の快適性をもたらす指示を空調ユニット４に与える。
The air conditioning
また、自動車のドア６に取り付けられたドアセンサ６１は、ドアロック解除信号を上記センサ１４１と１４２とに送信し、ドアロック解除信号を受信した上記センサ１４１と１４２とは、ドアロック解除の時点での上記ｘとｙとの値を、演算部１５に送信する。
The
演算部１５は、上記ドアロック解除時点でのｘとｙとの値を、人物が着座していない状態での出力ｘ＿０とｙ＿０として、保持する。
The
上記構成により、人物３の発汗に相関する布部２３１の生体水分量が検出され、当該生体水分量に基づく空調ユニット４の制御が実現する。
With the above configuration, the biological water content of the
上記の制御は、室温という間接的なパラメータでなく、人物３の発汗というより直接的なパラメータにより実現されるため、人物３の快不快という感覚により即した環境制御を実現することが可能となる。
Since the above control is realized not by an indirect parameter of room temperature but by a more direct parameter such as sweating of the
（乾燥層厚さ算出方法の一般化）
乾燥層の厚さを算出するための、より一般的な方法を下記に述べる。
(Generalization of dry layer thickness calculation method)
A more general method for calculating the thickness of the dry layer is described below.
（単一光路長で検出を行う構成）
まず、図１３に示すように、波長λの電磁波（例えば、テラヘルツ光）に対する布部２３１の屈折率をｎ（λ）、布部２３１の厚さをＴとする。また、布部２３１に対するテラヘルツ光の入射角をθ１、布部２３１内に進行したテラヘルツ光の屈折角をθ２とする。
(Configuration to detect with a single optical path length)
First, as shown in FIG. 13, it is assumed that the refractive index of the
テラヘルツ光の一部は、乾燥層と湿潤層との界面で反射され、戻り光となり、テラヘルツ光の他の一部は、湿潤層によって吸収される。 Part of the terahertz light is reflected at the interface between the dry layer and the wet layer and becomes return light, and the other part of the terahertz light is absorbed by the wet layer.
なお、テラヘルツ光１２１および１２２の入射角を、説明の便宜上、それぞれ、θ１＿１２１、θ１＿１２２とする。また、テラヘルツ光１２１および１２２の屈折角についても、θ２＿１２１、θ２＿１２２とする。
Note that the incident angles of the
また、θ１＿１２１、θ１＿１２２、θ２＿１２１およびθ２＿１２２は、それぞれ、
ｓｉｎθ２＿１２１＝ｓｉｎθ１＿１２１／ｎ（λ）
ｓｉｎθ２＿１２２＝ｓｉｎθ１＿１２２／ｎ（λ）
を満たすとする。
Also, θ1_121, θ1_122, θ2_121, and θ2_122 are respectively
sin θ2 — 121 = sin θ1 — 121 / n (λ)
sin θ2 — 122 = sin θ1 — 122 / n (λ)
Suppose that
さらに、図１２は、図１３の特殊例、すなわち湿潤層の厚さが０の時を示す図である。 Further, FIG. 12 is a diagram showing a special example of FIG. 13, that is, a case where the thickness of the wet layer is zero.
この時、Ｔ＜λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２が成立する範囲では、Ｔが一定であれば、乾燥層の厚さｄがＴに近づくにつれて、つまりｄが大きくなるにつれて、戻り光量は単調減少する。この理由は、以下のとおりである。 At this time, within a range where T <λ / 4n (λ) × cos θ2, if T is constant, the amount of return light decreases monotonically as the thickness d of the dry layer approaches T, that is, as d increases. To do. The reason for this is as follows.
まず、光線の通る経路を「行路」、その物理的な長さを「行路長」、また行路長に屈折率を乗じた光学的距離を「光路長」とする。つまり、本発明の「光路長」は、上記電磁波の通る経路の物理的な長さに、上記経路における上記電磁波の屈折率を乗じたものを指す。 First, a path along which light passes is “path”, a physical length thereof is “path length”, and an optical distance obtained by multiplying the path length by a refractive index is “optical path length”. That is, the “optical path length” of the present invention refers to a value obtained by multiplying the physical length of the path through which the electromagnetic wave passes by the refractive index of the electromagnetic wave in the path.
従って、本発明で用いる「光路長」は、「光」という語を含んではいるが、光の光学的距離に限定されるものではなく、光を含む電磁波の光学的距離を指すものである。 Accordingly, the “optical path length” used in the present invention includes the word “light”, but is not limited to the optical distance of light, but refers to the optical distance of electromagnetic waves including light.
ここで、上記布部２３１（含水部）の屈折率ｎ（λ）が、水の屈折率と空気の屈折率の中間であるならば、一般的に、垂直入射光の光路長が当該入射光の波長の半分の時に、入射光と戻り光との干渉によって、戻り光量は概ね最小となる。従って、入射角がθ１の入射光の場合、ｓｉｎθ２＝ｓｉｎθ１／ｎ（λ）なるθ２を用いて、２×｛Ｔ×ｎ（λ）｝＝１／２×｛λ×ｃｏｓθ２｝の時、つまりＴ＝Ｔ0＝λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２の時、戻り光量は最小となる。 Here, if the refractive index n (λ) of the cloth portion 231 (water-containing portion) is intermediate between the refractive index of water and the refractive index of air, generally, the optical path length of perpendicular incident light is the incident light. When the wavelength is half the wavelength, the amount of return light is substantially minimized by the interference between the incident light and the return light. Therefore, in the case of incident light with an incident angle of θ1, using θ2 of sin θ2 = sin θ1 / n (λ), when 2 × {T × n (λ)} = 1/2 × {λ × cos θ2}, that is, When T = T0 = λ / 4n (λ) × cos θ2, the amount of return light is minimized.
図１２は、波長λの電磁波に対して屈折率ｎ（λ）を示す、厚さＴの布部の最下辺で反射される上記電磁波の光路長は２×｛Ｔ×ｎ（λ）｝となることを示している。上記光路長が上記波長の半分である時、つまりＴ＝Ｔ0＝λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２の時、上記電磁波は、点Ｐにおいて入射光２と戻り光１との波長がちょうど半波長ずれ、戻り光１の戻り光量は最小となる。
FIG. 12 shows a refractive index n (λ) with respect to an electromagnetic wave having a wavelength λ, and the optical path length of the electromagnetic wave reflected at the lowermost side of the cloth portion having a thickness T is 2 × {T × n (λ)}. It shows that it becomes. When the optical path length is half of the wavelength, that is, when T = T0 = λ / 4n (λ) × cos θ2, the electromagnetic wave is exactly half-wavelength shifted between the
従って、Ｔ＜λ／４ｎ（λ）×ｃｏｓθ２が成立する範囲では、Ｔが増加してＴ0に近づくのに伴い、戻り光量は単調減少する。 Therefore, in a range where T <λ / 4n (λ) × cos θ2, the amount of return light monotonously decreases as T increases and approaches T0.
例えば図４のセンサ１４１、１４２の各出力を見ると、図３に示す乾燥層２３１２の厚さｄ（μｍ）が０から上記Ｔ0の近傍となる約４０μｍとなるまでの間、ｄの増加に従って、各戻り光量が単調減少している。
For example, when the outputs of the
上記範囲の間であれば、例えばセンサ１４２を廃し、センサ１４１の出力ｘのみを用いて、ｄを算出することも可能である。
Within the above range, for example, the
すなわち、乾燥層２３１２の厚さが０の時の戻り光量（戻り光量比としてもよい）をＲＷとし、Ｔ＿０＝λ／（４ｎ（λ））とすると、上記範囲において観測された戻り光量Ｒ（戻り光量比としてもよい）は、乾燥層の厚さｄを用いて、下記に補足説明するように、Ｒ＝ＲＷ／２×（１＋ＣＯＳ（π×（ｄ／Ｔ＿０）））（式１）と近似することができる。
That is, when the return light quantity (which may be the return light quantity ratio) when the thickness of the
従って、（式１）を変形してｄ＝Ｔ＿０／π×ＡＲＣＣＯＳ（２Ｒ／ＲＷ−１）（式２）として、乾燥層の厚さｄを求めることができる。なお、ＡＲＣＣＯＳはＣＯＳの逆関数である。 Therefore, the thickness d of the dry layer can be obtained by modifying (Equation 1) as d = T — 0 / π × ARCCOS (2R / RW−1) (Equation 2). ARCCOS is an inverse function of COS.
なお、（式２）に、「ｄ＝Ｔ＿０の時、Ｒ＝０」とした時の前提であるＴ＿０＝λ／４ｎ（λ）を用いて、ｄ＝λ／（４π×ｎ（λ））×ＡＲＣＣＯＳ（２×Ｒ／ＲＷ−１）（式３）と表すこともできる。 It should be noted that T = 0 = λ / 4n (λ), which is a premise when “d = 0 = R_0 when d = T_0”, is used in (Expression 2), and d = λ / (4π × n (λ)) XARCCOS (2 * R / RW-1) (Formula 3).
上記（式３）と生体水分量Ｖ＝Ｖｂ＝ｄ／ｄ０（ｄ０は乾燥している状態での乾燥層の厚さ、すなわち布部２３１の厚さ）とに基づき、上記（式３）で求めたｄと布部２３１の厚さとの比によって、生体水分量Ｖを表すことができる。
Based on the above (Equation 3) and the biological water content V = Vb = d / d0 (d0 is the thickness of the dry layer in the dry state, that is, the thickness of the cloth portion 231), The biological water content V can be expressed by the ratio between the obtained d and the thickness of the
上記（式１）の導出について補足する。まず、上述したように、０≦ｄ≦Ｔ0となる範囲において、上記戻り光量Ｒは、以下の２点を通るコサインカーブで近似することができる。 It supplements about derivation | leading-out of said (Formula 1). First, as described above, the return light amount R can be approximated by a cosine curve passing through the following two points in a range where 0 ≦ d ≦ T0.
すなわち、第１点として、布部２３１が十分に水を含み、布部２３１への照射と水に対する照射とを同じものと見なすことができる時、つまりｄ＝０の時、Ｒ＝ＲＷである。したがって、第１点は、（ｄ，Ｒ）＝（０，ＲＷ）である。
That is, as the first point, when the
また、戻り光量は、乾燥層の厚さｄがＴ0に近づくにつれ単調減少し、ｄ＝Ｔ0のとき最小値とる。ここで、Ｔがλ／４ｎ（λ）に十分に近づいている場合、すなわちＴ＿０＝λ／４ｎ（λ）と近似できる場合、戻り光と入射光とは１／２波長ずれるため、戻り光量＝０と近似することができる。つまり、ｄ＝Ｔ＿０の時、Ｒ＝０である。この（ｄ，Ｒ）＝（Ｔ＿０，０）が第２点である。 The amount of return light monotonously decreases as the dry layer thickness d approaches T0, and takes a minimum value when d = T0. Here, when T is sufficiently close to λ / 4n (λ), that is, when it can be approximated to T_0 = λ / 4n (λ), the return light and the incident light are shifted by ½ wavelength. It can be approximated to zero. That is, when d = T_0, R = 0. This (d, R) = (T_0, 0) is the second point.
従って、上記２つの点を通過するコサインカーブをＲ＝ＲＷ／２×（１＋ｃｏｓ（π×（ｄ／Ｔ）））と近似することができる。 Therefore, the cosine curve passing through the two points can be approximated as R = RW / 2 × (1 + cos (π × (d / T))).
なお、１次元配列テーブルｄ（ｘ）により算出することも可能である。 It is also possible to calculate from the one-dimensional array table d (x).
（複数光路長で検出を行う構成）
さらに、互いに整数倍関係にない、すなわち同じ干渉状態にならないｍ個の光路長を用いる場合、次の結果を得ることができる。すなわち、１つの戻り光量について、或る光路長でのｄの候補値が複数存在したとしても、実際のｄと、他の光路長において計測された戻り光量とを照合したとき、他の光路長の少なくとも１つについては、整合するものがある。逆にいえば、実際のｄと異なる候補値と、他の光路長において計測された戻り光量とを照合したとき、他の光路長の少なくとも１つについては、他の光路長において計測された戻り光量とは、値が異なる戻り光量となる。
(Configuration to detect with multiple optical path lengths)
Further, when m optical path lengths that are not in an integral multiple relationship with each other, that is, not in the same interference state, are used, the following result can be obtained. That is, even if there are a plurality of candidate values for d for a certain optical path length for one return light quantity, when the actual d is compared with the return light quantity measured for the other optical path length, There is a match for at least one of the following. In other words, when the candidate value different from the actual d is compared with the return light quantity measured at the other optical path length, at least one of the other optical path lengths is returned at the other optical path length. The light amount is a return light amount having a different value.
なお、上記においては１つの戻り光量について、複数のｄの候補がある場合を想定しているが、１つの正規化戻り光量比について、複数のｄの候補がある場合についても全く同様のことが言える。 In the above description, it is assumed that there are a plurality of d candidates for one return light amount, but the same thing can be said for a plurality of d candidates for one normalized return light amount ratio. I can say that.
従って、すべての戻り光量、またはその正規化された値のいずれか、あるいは両方について、計測値と一致する、実際のｄの値と区別することが可能となる。 Accordingly, it is possible to distinguish all the return light amounts and / or their normalized values from the actual d values that match the measured values.
なお、各光路長におけるｄの候補の数は、ｍ個までであれば、実際のｄの値と区別することが可能である。 If the number of candidates for d in each optical path length is up to m, it can be distinguished from the actual value of d.
また、上記候補の数は、干渉の発生に起因する戻り光量の最大値の出現回数と、最小値の出現回数との合計になる。 The number of candidates is the sum of the number of appearances of the maximum value of the return light amount and the number of appearances of the minimum value due to the occurrence of interference.
例えば図４において、ｄ（μｍ）が約４０μｍよりも小さい範囲では、４５度入射の電磁波について、戻り光量の最大値に対応するセンサ出力０．４Ｖの出現回数は１回、戻り光量の最小値に対応するセンサ出力０Ｖの出現回数は０回である。従って、ｄ（μｍ）が約４０μｍよりも小さい範囲では、センサ出力に対するｄの候補は一つだけである。 For example, in FIG. 4, in the range where d (μm) is smaller than about 40 μm, for 45-degree incident electromagnetic waves, the number of appearances of the sensor output 0.4V corresponding to the maximum value of the return light amount is 1 and the minimum value of the return light amount. The number of appearances of the sensor output 0V corresponding to is 0. Therefore, in the range where d (μm) is smaller than about 40 μm, there is only one d candidate for the sensor output.
一方、ｄ（μｍ）が０から約８０μｍとなるまでの値をとる間、センサ出力は、最小値を挟んで、単調減少および単調増加を示すので、１つのセンサ出力に対し、ｄは２つの値が対応する。このｄの候補数２は、ｄ（μｍ）が０から約８０μｍとなるまでの範囲で、最大値の出現回数１回と、最小値の出現回数１回との合計値に等しくなっている。このように、４５度入射の電磁波の戻り光を受光するセンサだけでは、ｄを一意に定めることができない。 On the other hand, while the value of d (μm) takes a value from 0 to about 80 μm, the sensor output shows a monotone decrease and a monotone increase with a minimum value interposed therebetween. The value corresponds. The number d of candidates for d is equal to the sum of the maximum number of appearances of 1 and the minimum value of appearances of 1 in the range from 0 to about 80 μm in d (μm). Thus, d cannot be uniquely determined only by the sensor that receives the return light of the electromagnetic wave incident at 45 degrees.
ところで、上記最大値と最小値とは、乾燥層の厚さがλ／４ｎ（λ）の整数倍になるごとに交互に現れる。 By the way, the maximum value and the minimum value appear alternately every time the thickness of the dry layer becomes an integral multiple of λ / 4n (λ).
従って、ｍ個の互いに整数倍の関係にない光路長を用いれば、少なくともｍ×λ＞４ｎ（λ）×Ｔなる含水部厚さＴについてまで、水分量検出を行うことが可能となる。 Therefore, if m optical path lengths that are not in an integral multiple of each other are used, it is possible to detect the water content up to at least the water-containing portion thickness T of m × λ> 4n (λ) × T.
ここで、分散を算出する関数を用意し、ｄを逐次代入していき、その最小を与えるｄを採用することができる。 Here, a function for calculating the variance is prepared, d is sequentially substituted, and d which gives the minimum can be adopted.
すなわち、ｍ個の光路長において、それぞれ戻り光量比Ｉｉ（ｉ＝１〜ｍ）が得られているとし、図５に示されている、戻り光量比と乾燥層厚さｄとの関係をＩｉ＿Ｒ（ｄ）とする。 That is, it is assumed that the return light amount ratio Ii (i = 1 to m) is obtained for each of the m optical path lengths, and the relationship between the return light amount ratio and the dry layer thickness d shown in FIG. _R (d).
ここで、各光路長ごとの戻り量候補と、実際に計測された戻り量との乖離の大きさは、正の値をとるｄの関数として、つまり或るｄにおける分散量Ｓ（ｄ）として表すことができる。すなわち、Ｓ（ｄ）は、Ｓ（ｄ）＝Σｉ＝１〜ｍ（Ｉｉ−Ｉｉ_Ｒ（ｄ））２、またはＳ（ｄ）＝Σｉ＝１〜ｍ｜Ｉｉ−Ｉｉ_Ｒ（ｄ）｜と表すことができる。（Ｉｉ−Ｉｉ_Ｒ（ｄ））２は、各光路長ごとの戻り量候補と、各光路長で実際に計測された戻り量との差の２乗である。また、｜Ｉｉ−Ｉｉ_Ｒ（ｄ）｜は各光路長ごとの戻り量候補と、各光路長で実際に計測された戻り量との差の絶対値である。 Here, the magnitude of the difference between the return amount candidate for each optical path length and the actually measured return amount is a function of d that takes a positive value, that is, the dispersion amount S (d) at a certain d. Can be represented. That is, S (d) is S (d) = Σ i = 1 to m (Ii− Ii_R (d)) 2 , or S (d) = Σ i = 1 to m | Ii− Ii_R (d). | (Ii- Ii_R (d)) 2 is the square of the difference between the return amount candidate for each optical path length and the return amount actually measured for each optical path length. | Ii− Ii_R (d) | is an absolute value of a difference between a return amount candidate for each optical path length and a return amount actually measured for each optical path length.
Ｓ（ｄ）にｄの候補を逐次代入し、Ｓ（ｄ）の最小（理想的には０）を与えるｄの候補を、実際のｄの値として採用する。 D candidates are sequentially substituted into S (d), and d candidates that give the minimum (ideally 0) of S (d) are adopted as the actual values of d.
なお、光源１１の波長を変えることによって、上記の入射角変更に相当する戻り光量の変化を起こしてもよい。 Note that, by changing the wavelength of the light source 11, the amount of return light corresponding to the change in the incident angle may be changed.
例えば図１０は、波長を変化させた場合の、乾燥層の厚さｄに対する戻り光量を示している。図１０では、波長２９０μｍ時の戻り光量をＲａ、波長３１０μｍ時の戻り光量をＲｂとしている。 For example, FIG. 10 shows the amount of return light with respect to the thickness d of the dry layer when the wavelength is changed. In FIG. 10, the amount of return light at a wavelength of 290 μm is Ra, and the amount of return light at a wavelength of 310 μm is Rb.
また図１１は、図１０に示された戻り光量Ｒａ，Ｒｂについて、Ｒａ／Ｒｂをプロットした図である。 FIG. 11 is a diagram in which Ra / Rb is plotted with respect to the return light amounts Ra and Rb shown in FIG.
図１１に示されているように、ｄ＝４０μｍ近辺を除けば、ｄとＲａ／Ｒｂとは１対１対応している。 As shown in FIG. 11, d and Ra / Rb have a one-to-one correspondence except in the vicinity of d = 40 μm.
また、図１０に示すように、４０μｍ近辺では、Ｒａ，Ｒｂともにほぼ０になる。 Also, as shown in FIG. 10, both Ra and Rb are almost 0 in the vicinity of 40 μm.
従って、反射光量がほとんど検出不可能である場合はｄ＝４０μｍを生体水分量の算出基礎とし、それ以外の場合では、図１１のグラフから一意に求めたｄの値を生体水分量の算出基礎とすることで、上記と同様の生体水分量検出が可能である。 Therefore, when the amount of reflected light is almost undetectable, d = 40 μm is used as the basis for calculating the amount of biological water, and in other cases, the value of d uniquely obtained from the graph of FIG. 11 is used as the basis for calculating the amount of biological water. By doing so, it is possible to detect the amount of biological water similar to the above.
（光源またはセンサの他の構成）
なお、図２では単一の光源１１から異なる２つのテラヘルツ光を照射している。しかし、図２は、異なる光路長を設けるために、異なる入射角となる２つのテラヘルツ光を利用しただけであり、複数の光路長を得るための方法の一例に過ぎない。
(Other configurations of light source or sensor)
In FIG. 2, two different terahertz lights are emitted from a single light source 11. However, FIG. 2 merely uses two terahertz lights having different incident angles in order to provide different optical path lengths, and is merely an example of a method for obtaining a plurality of optical path lengths.
例えば、角度的に広がりを持つテラヘルツ光束を照射し、その一部を上記テラヘルツ光１２１および１２２として用いることが可能である。
For example, it is possible to irradiate a terahertz light beam having an angular spread and use a part of it as the
また複数の光源を設置してもよい。その場合、いずれの光源が発光しているかを上記演算部１５が把握していれば、受光を行うセンサが１つであっても、上記の演算が同様に可能である。
A plurality of light sources may be installed. In this case, if the
さらに、光源およびセンサはいずれも１つで、どちらかもしくは双方が移動する構成も可能である。これにより、上述の入射角を連続的に変えることが可能になる。 Further, there may be a configuration in which either one or both of the light source and the sensor are moved. Thereby, it becomes possible to change the above-mentioned incident angle continuously.
このように工夫することにより、光源またはセンサのいずれか、或いは両方の数を減らすことができるため、コストダウンを図ることが可能となる。 By devising in this way, the number of either or both of the light source and the sensor can be reduced, so that the cost can be reduced.
布部２３１の厚さが十分に大きい時、干渉の影響により、図４に示されるセンサ出力が周期的に複数のピークを取り、ｄを一意に定めることが困難となる場合がある。
When the thickness of the
しかし、上記のように入射角を連続的に変えることで、原理的に無限個の光路長を用いた検出が可能となる。 However, detection using an infinite number of optical path lengths is possible in principle by continuously changing the incident angle as described above.
また、ここでは説明の簡便のため、上記テラヘルツ光１２１および１２２の照射位置は十分近接しており、臀部３３および布部２３１の含有水分量に違いはないものとしている。
Further, here, for the convenience of explanation, the irradiation positions of the
しかし、より正確を期するのであれば、光源からの光束が同一照射位置となるよう、例えば、同一照射位置における光入射角が異なる複数の光源を設置してもよい。 However, if more accurate, for example, a plurality of light sources having different light incident angles at the same irradiation position may be installed so that the light flux from the light source is at the same irradiation position.
（布部の他の構成）
本実施の形態では、布部２３１への水分の浸透を説明したが、上記光源が生体の一部に上記テラヘルツ光を直接照射し、センサは上記生体の一部からの戻り光量を検出することも可能である。上記生体の一部として、例えば、人体表面の角質層を挙げることができる。
(Other configurations of cloth part)
Although the penetration of moisture into the
また、水分を吸収するという布部２３１の性質は本発明の必須の要件ではなく、例えばレザーの様に水分吸収に時間が掛かるもの、または樹脂コーティングした布の水分量を検出することも可能である。
Further, the property of the
（ユニット設置箇所）
また本実施の形態では、生体水分量検出ユニット１は図１では着座部２３に設置したが、例えば、背もたれ部２２に設置し、人物３の背中の発汗量を検出してもよいし、フットレストに設置し足裏の発汗量を検出してもよい。足裏での発汗には緊張感などの精神的要素も反映されているので、人物３の心理状態に関わる生体水分量も検出することが可能である。
(Unit installation location)
Further, in the present embodiment, the biological water
［実施形態２］
（概要）
以下、本発明におけるバイタルサイン検出装置を用いた環境制御システムの他の実施形態である、フィットネスシステムについて説明する。なお、前記実施形態と同じ構成要素については同一番号を付し、その説明を略するものとする。
[Embodiment 2]
(Overview)
Hereinafter, a fitness system, which is another embodiment of the environmental control system using the vital sign detection device of the present invention, will be described. In addition, the same number is attached | subjected about the same component as the said embodiment, and the description shall be abbreviate | omitted.
（全体の構成）
図７は、本発明におけるフィットネスシステムの概要を示す図である。図８は、上記フィットネス機器７の概要を示すブロック図である。
(Overall configuration)
FIG. 7 is a diagram showing an outline of a fitness system according to the present invention. FIG. 8 is a block diagram showing an outline of the fitness device 7.
図７および図８に示すように、フィットネス機器７は、座席２５、負荷制御部７１、負荷可変ホイール７２およびペダル７３を備えている。
As shown in FIGS. 7 and 8, the fitness device 7 includes a
生体水分量検出ユニット１は、座席２５（可視光遮蔽物）に、前記実施形態１と同様に埋め込まれ、外部から視認できないようになっている。
The biological water
（負荷制御）
まず、生体水分量検出ユニット１は、人物３の臀部３３の生体水分量Ｖを検出する。
(Load control)
First, the biological water
次に、生体水分量検出ユニット１は、上記検出結果情報を、負荷制御部７１に出力する。
Next, the biological water
負荷制御部７１は、生体水分量検出ユニット１から受け取った上記検出結果情報に基づき、負荷可変ホイール７２を介してペダル７３の回転にかかる負荷を調整する。
The
人物３は、負荷可変ホイール７２によって負荷を増減されたペダル７３を回転させる。
The
なお、負荷制御部７１による負荷可変ホイール７２の回転抵抗の制御には、フィットネス機器が利用者の疲労度を用いて負荷をフィードバック制御する周知技術を応用してもよい。すなわち、疲労度に代えて、発汗量に比例する値であるＶを用いて、例えば、Ｖが増えれば負荷を下げ、Ｖが減少すれば負荷を上げることによって、人物３の適切な運動を支援してもよい。
For the control of the rotational resistance of the
（ユニット設置箇所）
生体水分量検出ユニット１は、例えば、図示されていないハンドルに設置し、人物３の手のひらの発汗を検出してもよい。
(Unit installation location)
For example, the biological water
一般に、負荷が大きいほどハンドルを強く握る傾向があり、手に汗をかく傾向がある。 In general, the larger the load, the stronger the handle tends to be gripped, and the hand tends to sweat.
従って、上記構成によれば、手に汗をかくような、高負荷を継続して与えるトレーニングシステムにおいて、適切な高負荷を継続して提供することが可能となる。 Therefore, according to the above configuration, it is possible to continuously provide an appropriate high load in a training system that continuously applies a high load such as sweating hands.
また、生体水分量検出ユニット１をペダル７３に設置し、足裏の発汗量を検出してもよい。足裏での発汗には緊張感などの精神的要素も反映されるので、人物３の心理状態に関わる生体水分量を検出することができる。
Alternatively, the biological water
［実施形態３］
（概要）
以下、本発明におけるバイタルサイン検出装置を用いた環境制御システムのさらに他の実施形態である、空調用リモートコントローラについて説明する。なお、前記実施の形態と同じ構成要素については同一番号を付し、その説明を略するものとする。
[Embodiment 3]
(Overview)
Hereinafter, a remote controller for air conditioning, which is still another embodiment of the environmental control system using the vital sign detection device of the present invention, will be described. In addition, the same number is attached | subjected about the same component as the said embodiment, and the description shall be abbreviate | omitted.
（全体の構成）
図９は、本発明に係る空調用リモートコントローラの概要を示す図である。
(Overall configuration)
FIG. 9 is a diagram showing an outline of an air conditioning remote controller according to the present invention.
図９に示すように、空調用リモートコントローラ８は、ボタン２６（可視光遮蔽物）、マイコン８１、送信機８２を備え、ボタン２６に生体水分量検出ユニット１が埋め込まれている。したがって、他の実施形態と同様に、生体水分量検出ユニット１を外部から視認できないようになっている。ボタン２６の材質は、プラスチックなどのＴＨｚ帯の電磁波の透過率が比較的高いものが望ましい。
As shown in FIG. 9, the air conditioning
生体である人物３の指３６がボタンを押す際、生体水分量検出ユニット１に正対する。
When the
生体水分量検出ユニット１は，指３６の発汗状態を検出し、上記検出結果情報を、マイコン８１を介して、図示されない環境制御機器へと送信機８２によって送信する。
The biological water
上記環境制御機器として、例えば空調機器を挙げることができる。 Examples of the environmental control device include an air conditioning device.
上記構成によれば、上記環境制御機器は、人物３の指先における発汗量を基に環境制御を行うことが可能である。気温といった間接的なパラメータでなく、人物３の感じている暑さ寒さに直接関連するパラメータによって制御を行うため、より快適性の高い空調を実現することができる。
According to the above configuration, the environmental control device can perform environmental control based on the amount of sweating at the fingertip of the
［実施形態４］
（概要）
以下、本発明におけるバイタルサイン検出装置を用いた環境制御システムのさらに他の実施形態である、健康状態通知システムについて説明する。なお、前記実施の形態と同じ構成要素については同一番号を付し、その説明を略するものとする。
[Embodiment 4]
(Overview)
Hereinafter, a health condition notification system, which is still another embodiment of the environmental control system using the vital sign detection device of the present invention, will be described. In addition, the same number is attached | subjected about the same component as the said embodiment, and the description shall be abbreviate | omitted.
（全体の構成）
図１４は、本発明に係る健康状態通知システムの概要を示す模式図である。
(Overall configuration)
FIG. 14 is a schematic diagram showing an outline of a health condition notification system according to the present invention.
生体水分量検出ユニット１は、ベッド９のクッション材２３２に埋め込まれ、外部から視認できないようになっている。ベッド９には布部２３１が敷かれ、人物３は布部２３１の上に横たわっている。
The biological water
まず、生体水分量検出ユニット１は、人物３に接している布部２３１の水分量を検出する。なお、上記布部２３１の水分量は、人物３の汗、尿、血液、吐しゃ物の量に相関する。
First, the biological water
さらに、ベッド９のクッション材２３２には、バイタルサイン検出ユニット９１が埋め込まれ、外部から視認できないようになっている。バイタルサイン検出ユニット９１中の光源９１１は、前述の電磁波とは波長の異なる赤外線を照射する。
Further, a vital
同様に、バイタルサイン検出ユニット９１中のセンサ１９１は、上記赤外線を受光する。
Similarly, the
バイタルサイン検出ユニット９１中の演算部９５は、光源９１１の上記赤外線照射量と、センサ１９１の上記赤外線戻り光量とから、人物３の血流の変化を検出し、脈拍の情報を取得する。
The
さらにベッド９は、人物３の頭上に位置する部分に、人物３の呼吸数を非接触で計測するための呼吸計測機１６２を備えている。
Furthermore, the
呼吸計測機１６２は、検出結果を演算部９５に送信する。
The
演算部９５は、上記脈拍および呼吸数の情報を通知内容制御部１０１に出力する。
The
すなわち、生体水分量検出ユニット１およびバイタルサイン検出ユニット９１は、人物３の上記生体水分量、脈拍、呼吸数というバイタルサインを検出し、上記検出結果を健康状態通知機器１０の通知内容制御部１０１に出力する。
That is, the biological water
通知内容制御部１０１は、生体水分量検出ユニット１およびバイタルサイン検出ユニット９１から受け取った上記バイタルサイン情報に基づき、通知部１０で通知する通知内容を制御する。
The notification
例えば、通知内容制御部１０１は、上記バイタルサインのいずれか１つ、あるいは任意の組合せに急激な変化が生じた場合、人物３の生体状況および人物３を取り巻く環境について、通知部１０を介して、注意を喚起する。
For example, when a sudden change occurs in any one or any combination of the vital signs, the notification
つまり、上記健康状態通知機器１０は、人物３の健康状態を管理する者をして、人物３の置かれている環境を制御せしめる。なお、上記管理者については図示していない。
In other words, the health
上記の構成によれば、人物３の生体水分量と、脈拍と、呼吸数との測定とを、人物３にとって自然な状態で、正確に検出することができる。
According to said structure, the measurement of the biological water content of a
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、生体のバイタルサインを検出する方法および装置に利用できるほか、検出したバイタルサインを制御因子とする健康器具、医療介護器具、遊戯器具または環境制御機器などに広く利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a method and an apparatus for detecting vital sign of a living body, and can be widely used for a health instrument, a medical care instrument, a play instrument, an environment control instrument, and the like using the detected vital sign as a control factor.
１ 生体水分量検出ユニット（水分量検出装置、バイタルサイン検出装置）
１１ 光源（電磁波源）
１２１ テラヘルツ光（電磁波）
１２２ テラヘルツ光（電磁波）
１３１ 戻り光
１３２ 戻り光
１４１ センサ
１４２ センサ
１５ 演算部（判定部）
１７ 記憶部
２ 座席
２２ 背もたれ部
２３ 着座部
２３１ 布部（含水部、可視光遮蔽物、座席シート）
２３１１ 湿潤層
２３１２ 乾燥層
２３２ クッション材
２５ 座席（可視光遮蔽物）
２６ ボタン（可視光遮蔽物）
３ 人物（生体）
３３ 臀部
３６ 指
４ 空調ユニット（環境制御装置）
４１ 空調ユニット制御部
５０ センサ（判定部）
６ ドア
６１ ドアセンサ
７ フィットネス機器
７１ 負荷制御部
８ リモートコントローラ
1 Biological water content detection unit (water content detection device, vital sign detection device)
11 Light source (electromagnetic wave source)
121 Terahertz light (electromagnetic wave)
122 Terahertz light (electromagnetic wave)
131 Return light 132 Return light 141
17
2311
26 buttons (visible light shield)
3 person (living body)
33
41 Air-conditioning
6
Claims (23)
上記含水部において反射された電磁波の戻り量を検出するセンサと、
上記センサが検出した上記戻り量と上記含水部に含まれる水分量との対応関係を格納した記憶部と、
上記センサにより検出された戻り量を、上記対応関係を用いて演算し、水分量に変換する演算部とを備えていること
を特徴とする水分量検出装置。 An electromagnetic wave source for irradiating an electromagnetic wave to a water-containing portion as a target for detecting a moisture content of a living body
A sensor for detecting a return amount of the electromagnetic wave reflected in the water-containing portion,
A storage unit storing a correspondence relationship between the return amount detected by the sensor and the amount of water contained in the water-containing unit;
An apparatus for detecting a moisture content, comprising: a computing unit that computes a return amount detected by the sensor using the correspondence relationship and converts it into a moisture content.
を特徴とする請求項１に記載の水分量検出装置。 The water content detection device according to claim 1, wherein the electromagnetic wave source and the sensor emit and receive an electromagnetic wave having a frequency of 0.1 THz to 120 THz.
を特徴とする請求項１に記載の水分量検出装置。 The water content detection device according to claim 1, wherein the electromagnetic wave source and the sensor emit and receive an electromagnetic wave having a frequency of 0.1 THz to 2.5 THz.
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水分量検出装置。 The wavelength of the electromagnetic wave source is λ, the incident angle of the electromagnetic wave irradiated by the electromagnetic wave source to the water-containing portion is θ1, the refractive index of the water-containing portion at the wavelength is n (λ), and the thickness of the water-containing portion is 4. The relationship according to claim 1, wherein when T is set, θ <b> 2 that sin θ <b> 2 = sin θ <b> 1 / n (λ) is used, and a relationship expressed by T <λ / 4n (λ) × cos θ <b> 2 is established. The water content detection device according to item.
を特徴とする請求項４に記載の水分量検出装置。 When the return amount for water is RW, the return amount measured for the water-containing portion is R, and ARCCOS is an inverse function of COS, the arithmetic unit is ARCCOS (2 × R / RW-1). The water content detection device according to claim 4, wherein the ratio of × λ / (4 × n (λ) × π) and the thickness of the water-containing portion is a value representing the water content.
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水分量検出装置。 The moisture sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the sensor detects the return amounts of a plurality of electromagnetic waves having different optical path lengths.
を特徴とする請求項６に記載の水分量検出装置。 The wavelength of the electromagnetic wave source is λ, the incident angle of the electromagnetic wave irradiated by the electromagnetic wave source with respect to the water-containing portion is θ1, and for the minimum incident angle θ1, the number of optical path lengths whose optical path lengths are not an integer multiple relationship with each other. where m is the refractive index of the water-containing part with respect to the electromagnetic wave having the wavelength λ in each optical path length, n (λ), and the thickness of the water-containing part is T, θ2 of sin θ2 = sin θ1 / n (λ) is used. The water content detection device according to claim 6, wherein the relationship of m × T <λ / 4n (λ) × cos θ2 is satisfied.
を特徴とする請求項７に記載の水分量検出装置。 The water content detection device according to claim 7, wherein wavelengths of the plurality of electromagnetic waves are different from each other.
上記含水部への照射角度、または上記含水部からの反射角度のいずれか、あるいは両方が、上記複数の電磁波同士で互いに異なること
を特徴とする請求項７に記載の水分量検出装置。 Different paths are set for the plurality of electromagnetic waves,
The moisture content detection device according to claim 7, wherein either the irradiation angle to the water-containing portion, the reflection angle from the water-containing portion, or both are different between the plurality of electromagnetic waves.
を特徴とする請求項７に記載の水分量検出装置。 The water content detection device according to claim 7, comprising a plurality of electromagnetic wave sources having different paths to the water-containing portion as the electromagnetic wave source.
を特徴とする請求項７に記載の水分量検出装置。 The moisture sensor according to claim 7, wherein the sensor includes a plurality of light receiving elements having different paths from the water-containing portion.
を特徴とする請求項７から１１のいずれか１項に記載の水分量検出装置。 The water content detection device according to any one of claims 7 to 11, wherein an installation position of either or both of the electromagnetic wave source and the sensor is movable.
上記複数の光路長の各光路長ごとに、上記水分量と、少なくとも上記戻り量との関係に関する、数式、または数値の配列、またはこれらから補間される数値のいずれか、あるいは任意の組合せを、関係モデルとして格納しており、
上記演算部は、
（１）上記各光路長の戻り量に対応する水分量の候補が各光路長ごとに複数ある場合、上記水分量の候補と、上記光路長ごとの上記関係モデルとから、上記水分量の候補ごとの戻り量の候補を各光路長について算出し、
（２）上記各光路長ごとの戻り量候補と、各光路長で実際に計測された戻り量との乖離の大きさ表す正の値を、乖離幅として求め、
（３）上記各光路長ごとの乖離幅の、全光路長分の和が最小となる上記水分量の候補を、上記含水部の水分量とすること
を特徴とする請求項７に記載の水分量検出装置。 The storage unit
For each of the optical path lengths of the plurality of optical path lengths, either a mathematical expression, an array of numerical values, or a numerical value interpolated from these, or any combination relating to the relationship between the water content and at least the return amount, Stored as a relationship model,
The arithmetic unit is
(1) When there are a plurality of water content candidates corresponding to the return amounts of the optical path lengths for each optical path length, the water content candidates are obtained from the water content candidates and the relational model for each optical path length. Each return amount candidate is calculated for each optical path length,
(2) A positive value representing the magnitude of the deviation between the return amount candidate for each optical path length and the return amount actually measured at each optical path length is obtained as the deviation width,
(3) Moisture content according to claim 7, wherein a candidate for the moisture content that minimizes the sum of the total optical path lengths of the divergence width for each optical path length is the moisture content of the water-containing portion. Quantity detection device.
を特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の水分量検出装置。 The moisture amount according to any one of claims 1 to 13, wherein the arithmetic unit calculates a ratio of a radiation amount in the electromagnetic wave source and a return amount detected by the sensor as a return amount ratio. Detection device.
を特徴とする請求項１４に記載の水分量検出装置。 The moisture amount according to claim 14, wherein the calculation unit calculates the return amount ratio using a normalized return amount ratio obtained by dividing the calculated ratio by an initial ratio calculated at the start of measurement. Detection device.
上記記憶部は、上記判定部が生体不在と判定した時点で上記センサが検出した戻り量に対応する上記演算部での演算結果を記憶し、
上記演算部が、上記記憶部が記憶した上記演算結果を用いて、含水部が検出位置に存在する状態での上記戻り量、または上記戻り量比、または上記正規化戻り量比のいずれか、あるいは任意の組合せを補正すること
を特徴とする請求項１５に記載の水分量検出装置。 A determination unit for determining whether the living body is present at the detection position;
The storage unit stores a calculation result in the calculation unit corresponding to a return amount detected by the sensor when the determination unit determines that a living body is absent.
The calculation unit uses the calculation result stored in the storage unit, either the return amount in a state where the water-containing unit exists at the detection position, or the return amount ratio, or the normalized return amount ratio, Alternatively, the moisture amount detection device according to claim 15, wherein any combination is corrected.
上記生体の水分量を、上記生体のバイタルサインの１つとして、検出すること
を特徴とするバイタルサイン検出装置。 A vital sign detection device comprising the water content detection device according to any one of claims 1 to 16,
A vital sign detection apparatus for detecting the moisture content of the living body as one of vital signs of the living body.
上記センサは、上記生体の一部によって反射された電磁波の戻り量を検出すること
を特徴とする請求項１７に記載のバイタルサイン検出装置。 The electromagnetic wave source directly irradiates a part of a living body with the electromagnetic wave,
The vital sign detection device according to claim 17, wherein the sensor detects a return amount of an electromagnetic wave reflected by a part of the living body.
上記センサは、上記可視光遮蔽物で反射された電磁波の戻り量を検出し、
上記電磁波源またはセンサの少なくとも一方は、上記可視光遮蔽物によって上記生体から不可視となっていること
を特徴とする請求項１７に記載のバイタルサイン検出装置。 The electromagnetic wave source irradiates the visible light shield in contact with the living body with the electromagnetic wave,
The sensor detects the return amount of the electromagnetic wave reflected by the visible light shield,
18. The vital sign detection device according to claim 17, wherein at least one of the electromagnetic wave source or the sensor is invisible from the living body by the visible light shielding object.
上記生体の環境を制御する環境制御装置と、
上記バイタルサイン検出装置から検出結果を受け取り、その検出結果を基に、上記環境制御装置を制御する制御部と
を備えていることを特徴とする環境制御システム。 The vital sign detection device according to any one of claims 17 to 19,
An environment control device for controlling the environment of the living body;
An environment control system comprising: a control unit that receives a detection result from the vital sign detection device and controls the environment control device based on the detection result.
上記電磁波源は、座席シートに上記電磁波を照射し、
上記センサは、上記座席シートで反射された電磁波の戻り量を検出し、
上記電磁波源またはセンサの少なくとも一方は、上記座席シートによって上記生体から不可視となっており、
上記環境制御装置は空調機器であること
を特徴とする請求項２０に記載の環境制御システム。 It further comprises a seat seat on which the living body is seated,
The electromagnetic wave source irradiates the seat sheet with the electromagnetic wave,
The sensor detects the return amount of the electromagnetic wave reflected by the seat,
At least one of the electromagnetic wave source or the sensor is invisible from the living body by the seat sheet,
The environmental control system according to claim 20, wherein the environmental control device is an air conditioner.
上記ハウジングに装着されたドアとをさらに備え、
上記センサは、上記ドアのロック解除直後の時点での上記戻り量を、上記生体が上記座席シートに着座していない状態での戻り量として検出すること
を特徴とする請求項２１に記載の環境制御システム。 A housing in which the space around the seat is a closed space;
A door mounted on the housing;
The environment according to claim 21, wherein the sensor detects the return amount immediately after the door is unlocked as a return amount when the living body is not seated on the seat. Control system.
上記電磁波源は、上記リモートコントローラのボタンに上記電磁波を照射し、
上記センサは、上記ボタンで反射された電磁波の戻り量を検出し、
上記電磁波源またはセンサの少なくとも一方は、上記ボタンによって隠されており、
上記制御部は、上記リモートコントローラと連動して上記環境制御装置の制御を行うことを特徴とする請求項２０から２２のいずれか１項に記載の環境制御システム。 A remote controller for operating the output of the environmental control device;
The electromagnetic wave source irradiates the button of the remote controller with the electromagnetic wave,
The sensor detects the return amount of the electromagnetic wave reflected by the button,
At least one of the electromagnetic wave source or the sensor is hidden by the button,
The environment control system according to any one of claims 20 to 22, wherein the control unit controls the environment control device in conjunction with the remote controller.
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